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Las muestras de rocas volcánicas recolectadas durante las misiones Apolo , hace cinco décadas, tienen la firma isotópica de eventos clave en la evolución temprana de la Luna , según un nuevo análisis.
Esos eventos incluyen la formación del núcleo de hierro de la Luna , así como la cristalización del océano de magma lunar , el mar de roca fundida que se cree que cubrió la Luna durante unos 100 millones de años después de su formación.
El análisis, publicado en la revista Science Advances, utilizó una técnica llamada espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) para estudiar los cristales volcánicos devueltos de las misiones Apolo 15 y 17 , que se cree que representan algunos de los materiales volcánicos más primitivos de la Luna. El estudio analizó específicamente la composición de isótopos de azufre, que puede revelar detalles sobre la evolución química de las lavas a partir de la generación, el transporte y la erupción.
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"Durante muchos años pareció como si las muestras de roca basáltica lunares analizadas tuvieran una variación muy limitada en las proporciones de isótopos de azufre", dijo en un comunicado Alberto Saal, profesor de geología en la Universidad de Brown y coautor del estudio. "Eso sugeriría que el interior de la Luna tiene una composición isotópica de azufre básicamente homogénea. Pero utilizando técnicas analíticas modernas in situ , mostramos que las proporciones de isótopos de los cristales volcánicos en realidad tienen un rango bastante amplio, y esas variaciones pueden explicarse por eventos al principio de la historia lunar ".
La firma de azufre de interés es la relación entre el isótopo "pesado" de azufre-34 y el azufre-32 más ligero. Los estudios iniciales de muestras volcánicas lunares encontraron que se inclinaban uniformemente hacia el azufre-34 más pesado. La proporción de isótopos de azufre casi homogénea contrasta con las grandes variaciones en otros elementos e isótopos detectados en las muestras lunares.
El proceso de la investigación
Este nuevo estudio analizó 67 muestras individuales de vidrio volcánico y sus inclusiones fundidas: pequeñas gotas de lava fundida atrapadas dentro de cristales dentro del vidrio. Las inclusiones de fusión capturan la lava antes de que el azufre y otros elementos volátiles se liberen como gas durante la erupción, un proceso llamado desgasificación. Como tal, ofrecen una imagen prístina de cómo era la fuente de lava original.
Utilizando tecnología de vanguardia en la Carnegie Institution for Science, Saal y su colega, el fallecido científico de Carnegie Eric Hauri, pudieron medir los isótopos de azufre en estos cristales e inclusiones de fusión prístina, y usar esos resultados para calibrar un modelo del proceso de desgasificación todas las muestras.
"Una vez que conocemos la desgasificación, podemos estimar la composición original del isótopo de azufre de las fuentes que produjeron estas lavas", dijo Saal.
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Esos cálculos revelaron que las lavas se habían derivado de diferentes depósitos dentro del interior de la Luna con una amplia gama de proporciones de isótopos de azufre. Luego, los investigadores demostraron que el rango de valores detectados en las muestras podría explicarse por eventos en la historia temprana de la Luna.
La proporción de isótopos más livianos en algunos de los vidrios volcánicos, por ejemplo, es consistente con la segregación del núcleo de hierro de la Luna fundida temprana. Cuando un núcleo de hierro se separa de otro material en un cuerpo planetario, lleva consigo un poco de azufre. El azufre que se toma tiende a ser el isótopo más pesado de azufre-34, dejando el magma restante enriquecido en el azufre-32 más ligero.
"Los valores que vemos en algunos de los vidrios volcánicos son totalmente consistentes con los modelos del proceso de segregación del núcleo", dijo Saal.
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Los valores de isótopos más pesados se pueden explicar por el mayor enfriamiento y cristalización de la Luna fundida temprana. El proceso de cristalización elimina el azufre de la piscina de magma, produciendo depósitos sólidos con azufre-34 más pesado. Ese proceso es la fuente probable de los valores de isótopos más pesados que se encuentran en algunos de los cristales volcánicos y rocas basálticas que regresan de la Luna.
"Nuestros resultados sugieren que estas muestras registran estos eventos críticos en la historia lunar", dijo Saal. "A medida que seguimos observando estas muestras con técnicas más nuevas y mejores, seguimos aprendiendo cosas nuevas".
Se necesita hacer más trabajo, y se deben analizar más muestras, para comprender completamente la composición isotópica de azufre de la Luna, dice Saal. Pero estos nuevos resultados ayudan a aclarar preguntas de larga data sobre la composición del interior de la Luna, y acercan a los científicos un paso más hacia la comprensión de la formación y la historia temprana de la Luna.
fjb
