Apollo-klippeprøver fanger nøgleøjeblikke i Månens tidlige historie, studiefund

Vulkaniske stenprøver indsamlet under NASAs Apollo-missioner bærer isotopsignaturen for nøglebegivenheder i Månens tidlige udvikling, en ny analyse fundet. Disse begivenheder inkluderer dannelsen af ​​Månens jernkerne, samt krystallisationen af ​​månens magmahav - havet af smeltet sten, der menes at have dækket Månen i omkring 100 millioner år efter dens dannelse.

Analysen, offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , brugte en teknik kaldet sekundær ionmassespektrometri (SIMS) til at studere vulkanske briller returneret fra Apollo 15 og 17 missionerne, som menes at repræsentere noget af det mest primitive vulkanske materiale på Månen. Undersøgelsen så specifikt på svovlisotopsammensætning, som kan afsløre detaljer om lavas kemiske udvikling fra generation, transport og udbrud.

"I mange år så det ud til, at de analyserede basaltiske stenprøver fra månen havde en meget begrænset variation i svovlisotopforhold, " sagde Alberto Saal, en geologiprofessor ved Brown University og studiemedforfatter. "Det tyder på, at Månens indre har en grundlæggende homogen svovlisotopsammensætning. Men ved at bruge moderne in situ analytiske teknikker, vi viser, at isotopforholdene for de vulkanske glas faktisk har et ret bredt område, og disse variationer kan forklares af begivenheder tidligt i månehistorien."

Svovlsignaturen af ​​interesse er forholdet mellem den "tunge" svovl-34-isotop og den lettere svovl-32. Indledende undersøgelser af månens vulkanske prøver viste, at de ensartet lænede sig mod den tungere svovl-34. Det næsten homogene svovlisotopforhold stod i kontrast til store variationer i andre grundstoffer og isotoper påvist i måneprøverne.

Denne nye undersøgelse så på 67 individuelle vulkanske glasprøver og deres smelteindeslutninger - små klatter af smeltet lava fanget i krystaller inde i glasset. Smelteindeslutninger fanger lavaen, før svovl og andre flygtige grundstoffer frigives som gas under udbrud - en proces kaldet afgasning. Som sådan, de giver et uberørt billede af, hvordan den oprindelige kilde lava var. Ved at bruge SIMS på Carnegie Institution for Science, Saal med sin kollega, den afdøde Carnegie-videnskabsmand Eric Hauri, var i stand til at måle svovlisotoperne i disse uberørte smelteindeslutninger og glas, og brug disse resultater til at kalibrere en model af afgasningsprocessen for alle prøverne.

"Når vi kender afgasningen, så kan vi estimere den oprindelige svovlisotopsammensætning af de kilder, der producerede disse lavaer, " sagde Saal.

Disse beregninger afslørede, at lavaerne var blevet afledt af forskellige reservoirer i det indre af Månen med en bred vifte af svovlisotopforhold. Forskerne viste derefter, at rækken af ​​værdier fundet i prøverne kunne forklares ved begivenheder i Månens tidlige historie.

Det lettere isotopforhold i nogle af de vulkanske glas, for eksempel, er i overensstemmelse med adskillelsen af ​​jernkernen fra den tidlige smeltede måne. Når en jernkerne adskilles fra andet materiale i en planetarisk krop, der skal lidt svovl med. Svovlen, der tages, plejer at være den tungere svovl-34 isotop, efterlader den resterende magma beriget med den lettere svovl-32.

"Værdierne, vi ser i nogle af de vulkanske glas, er fuldt ud i overensstemmelse med modeller for kernesegregationsprocessen, " sagde Saal.

De tungere isotopværdier kan forklares ved den yderligere afkøling og krystallisering af den tidlige smeltede Måne. Krystallisationsprocessen fjerner svovl fra magmapoolen, producerer faste reservoirer med tungere svovl-34. Denne proces er den sandsynlige kilde til de tungere isotopværdier, der findes i nogle af de vulkanske glas og basaltiske klipper, der er returneret fra Månen.

"Vores resultater tyder på, at disse prøver registrerer disse kritiske begivenheder i månens historie, " sagde Saal. "Når vi bliver ved med at se på disse prøver med nyere og bedre teknikker, vi bliver ved med at lære nye ting."

Mere arbejde skal udføres - og flere prøver skal analyseres - for fuldt ud at forstå Månens svovlisotopsammensætning, siger Saal. Men disse nye resultater hjælper med at afklare mangeårige spørgsmål om sammensætningen af ​​Månens indre, og de bringer videnskabsmænd et skridt tættere på at forstå Månens dannelse og tidlige historie.