Le analisi di nuove immagini di un curioso "hot spot" sul lato più lontano della Luna, rivelano la presenza di una piccola area vulcanica creata dalla risalita del magma silicico.
La sua inusuale posizione e la composizione sorprendente della lava che l'hanno formata, offrono indizi allettanti per comprendere la storia termica della Luna.
Il punto caldo è una concentrazione di un elemento radioattivo chiamato torio, posto tra il grande e antico cratere da impatto Compton e il seguente Belkovich, che è stato il primo rilevato dallo spettronomo a raggi gamma del Lunar Prospector nel 1998.
La Compton-Belkovich Anomaly appare come un occhio di bue con la più alta concentrazione di torio al suo centro.
Recenti osservazioni, fatte con le potenti telecamere ottiche del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), hanno permesso agli scienziati di distinguere le caratteristiche vulcaniche del terreno al centro. Ad alta risoluzione, i modelli tridimensionali del terreno e le informazioni dallo strumento Diviner LRO hanno rivelato le caratteristiche geologiche non solo di fenomeni di vulcanesimo, ma anche in gran parte vulcanici e più rari in silicico.
"L'area costringerà gli scienziati a modificare le idee sulla storia vulcanica della Luna", dice Bradley Jolliff, PhD, professore di ricerca presso il Dipartimento di Scienze della Terra e planetarie in Arte e Scienze della Washington University di St. Louis, che ha guidato la squadra che ha analizzato le immagini LRO.
"E' un risultato fondamentalmente nuovo che ci farà ripensare sull'evoluzione termica e vulcanica della Luna", dice.
L'opera è descritta sul numero del 24 luglio online di Nature Geoscience.
La sua inusuale posizione e la composizione sorprendente della lava che l'hanno formata, offrono indizi allettanti per comprendere la storia termica della Luna.
Il punto caldo è una concentrazione di un elemento radioattivo chiamato torio, posto tra il grande e antico cratere da impatto Compton e il seguente Belkovich, che è stato il primo rilevato dallo spettronomo a raggi gamma del Lunar Prospector nel 1998.
La Compton-Belkovich Anomaly appare come un occhio di bue con la più alta concentrazione di torio al suo centro.
Recenti osservazioni, fatte con le potenti telecamere ottiche del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), hanno permesso agli scienziati di distinguere le caratteristiche vulcaniche del terreno al centro. Ad alta risoluzione, i modelli tridimensionali del terreno e le informazioni dallo strumento Diviner LRO hanno rivelato le caratteristiche geologiche non solo di fenomeni di vulcanesimo, ma anche in gran parte vulcanici e più rari in silicico.
"L'area costringerà gli scienziati a modificare le idee sulla storia vulcanica della Luna", dice Bradley Jolliff, PhD, professore di ricerca presso il Dipartimento di Scienze della Terra e planetarie in Arte e Scienze della Washington University di St. Louis, che ha guidato la squadra che ha analizzato le immagini LRO.
"E' un risultato fondamentalmente nuovo che ci farà ripensare sull'evoluzione termica e vulcanica della Luna", dice.
L'opera è descritta sul numero del 24 luglio online di Nature Geoscience.
Vulcanismo sulla Luna
Il vulcanismo lunare è molto diverso dal vulcanismo terrestre, perché esso è un corpo piccolo che si è raffreddato velocemente e non ha mai sviluppato una tettonica a zolle, come quella presente sul nostro pianeta.
La Luna, si ritiene che sia stata creata quando un corpo delle dimensioni di Marte impattó sulla Terra, assumendo un aspetto infernale (circa 4,5 miliardi di anni fa) con un oceano turbolento di roccia fusa fino a circa 400 chilometri di profondità.
Ma poiché la Luna era piccola e non aveva atmosfera, l'oceano di magma si raffreddó rapidamente, in soli 100 milioni di anni.
Alla fine i minerali più leggeri come il feldspato si cristallizzarono dal magma e galleggiarono verso l'alto per creare enormi masse di roccia feldspatica che formó poi gli altopiani lunari. Il ferro e magnesio denso ricchi di minerali, affondarono quando si cristallizzarono, formando la parte superiore del mantello della Luna.
La differenziazione della crosta e del mantello è stata seguita da un'ondata di attività vulcanica dai 3 a 4 miliardi di anni fa, quando le lave basaltiche scoppiarono sulla superficie lunare, riempiendosi di crateri da impatto e altri punti bassi fino a formare i mari lunari.
Uno dei misteri del vulcanesimo lunare è l'ineguale distribuzione di questi basalti. Quasi un terzo del lato vicino della Luna è coperta da basalti antichi, ma dall'altra parte, dove le rocce crostali sono più spesse, ce ne sono molte di meno.
Inoltre, quasi tutti i mari del vulcanismo sulla Luna sono basaltici piuttosto che silicicei, arricchiti di minerali contenenti ferro e magnesio, piuttosto che silicio e alluminio.
La crosta continentale della Terra, che riflette processi geologici attivi come la subduzione, le intrusioni magmatiche e la formazione delle montagne, comprendono numerosi scogli le cui composizioni sono intermedie tra basalto e rocce ricche di silicio come il granito, che sono comuni sulla Terra.
Sulla Luna, invece, ci sono molte rocce basaltiche e solo una piccola frazione di granito. Le rocce di composizione intermedia sono tutte mancanti.
"Non molto tempo fa", ci dice Jolliff, "gli scienziati parlavano della Luna costituita da due tipi di terreno, i "mari" e gli altopiani.
Questa semplice immagine della geologia della Luna è perdurata per molti anni, ma nel 2000, Jolliff e i suoi colleghi del dipartimento di Scienze della Terra E Planetologia WUSTL di McDonnell del Centro per le Scienze dello Spazio, introdussero un concetto in cui si distinguono tre diversi tipi di "terranes", o regioni della Luna con una distintiva storia geologica.
Uno di questi, che comprende gran parte del vulcanismo basaltico è chiamato Procellarum KREEP Terrane, o PKT in breve. Questo immenso "hot spot" lunare, contiene alte concentrazioni di torio radioattivo e di altri elementi che producono calore, come il potassio e l'uranio. [KREEP acronimo di potassio, (K), elementi delle terre rare (REE), e fosforo (P).]
"Quando l'oceano di magma si andó raffreddando" Jolliff ci spiega, "Gli elementi come il torio furono esclusi dalla cristallizzazione dei minerali formando sacche di magma ricco di KREEP inserite tra la crosta e il mantello.
Una concentrazione di calore sotto il KREEP Procellarum Terrane può essere in parte responsabile dell'intenso vulcanismo. "Le maria", ci spiega Jolliff, si sono formate quando gli elementi radioattivi a caldo dei minerali fusi nel profondo manto lunare, hanno formato la lava basaltica che è spuntato dalle fessure sulla superficie. Ben oltre la metà del Procellarum KREEP Terrane è stato riasfaltato dal vulcanismo.
"Quando l'oceano di magma si andó raffreddando" Jolliff ci spiega, "Gli elementi come il torio furono esclusi dalla cristallizzazione dei minerali formando sacche di magma ricco di KREEP inserite tra la crosta e il mantello.
Una concentrazione di calore sotto il KREEP Procellarum Terrane può essere in parte responsabile dell'intenso vulcanismo. "Le maria", ci spiega Jolliff, si sono formate quando gli elementi radioattivi a caldo dei minerali fusi nel profondo manto lunare, hanno formato la lava basaltica che è spuntato dalle fessure sulla superficie. Ben oltre la metà del Procellarum KREEP Terrane è stato riasfaltato dal vulcanismo.
Sebbene la maggior parte del vulcanismo era basaltico, con conseguenti grandi macchie scure sulla Luna, visibili anche ad occhio nudo dalla Terra, una forma molto più rara di vulcanismo, ha prodotto lave ricche di silice, anche nel PKT. Questi depositi vulcanici sono noti come "macchie rosse" a causa delle loro caratteristiche spettrali, e i risultati recenti della sonda LRO confermato la loro composizioni ricca di silice.
Alcune delle macchie rosse hanno forme caratteristice a cupola, alcune molto grandi, e tutto entro i confini del PKT.
Una nuova area vulcanica rivelata
fin dalla prima missione del Lunar Prospector, ricca di torio e posta sul lato più lontano della Luna, distante dal KREEP Procellarum Terrane, ha incuriosito Joliff.
"Quando il Lunar Reconnaissance Orbiter è stato lanciato nel 2009, siamo stati finalmente in grado di ottenere un'immagine ad alta risoluzione" (Foto di Apertura).
Al centro dell'occhio di bue di torio vi è un piccolo complesso vulcanico, dai 25 ai 35 km di diametro, a seconda della direzione, incastonato tra i crateri Compton e Belkovich, che sono rispettivamente di 162 e 214 chilometri.
Significativamente, la Compton-Belkovich Anomaly si trova a circa 900 chilometri nord-est dal KREEP Procellarum Terrane.
"Nelle immagini iniziali LRO, scattate con la camere ad angolo stretto (CNA), durante la fase di messa in servizio della missione, abbiamo potuto vedere le caratteristiche del terreno e il grumoso crollo che potrebbe essere di tipo vulcanico", dice Jolliff.
Ma il materiale sulla superficie circostante poteva anche essere stato prodotto da una esplosione da impatto. "Per essere sicuri che stavamo vedendo caratteristiche di tipo vulcaniche, abbiamo guardato più da vicino, con le immagini provenienti dalla CNA scattate durante la fase di mappatura, una volta che LRO aveva raggiunto la sua orbita circolare di 50 chilometri. Le camere ottiche CNA hanno prodotto immagini di 50 centimetri per pixel di risoluzione.
"Abbiamo mappato la stessa area più di una volta con la CNA," ha detto Jolliff. "Poi abbiamo inclinato a 'testacoda' la sonda in modo che potessimo ottenere immagini con un angolo diverso. Da questi due punti di vista abbiamo costruito un modello tridimensionale e digitale del terreno, (o DTM, che ci ha permesso di ruotare il terreno nel computer ".
Tra le funzioni di diagnostica rivelate da questi punti di vista abbiamo avuto le caratteristiche comunemente oscurate da ombre di una montagna e quello che sembra essere una zona del cerchio dove è stata commessa un'infrazione con conseguente collasso e perdita di massa (il movimento discendente di roccia o regolite).
Gli scienziati hanno rafforzato l'ipotesi di vulcanesimo riprendendo le sezioni trasversali attraverso il terreno e misurando le pendenze lungo queste sezioni.
Questo ha dimostrato, ad esempio, che una delle cupole è un altopiano con al vertice un'ampia depressione centrale, caratteristiche tipiche di un vulcano.
"E' insolito per una formazione geologica, avere una cima piatta o una depressione in cima a meno che non sia vulcanico", dice Jolliff. "Quello che succede è che il magma scompare all'interno dopo l'eruzione, lasciando una depressione".
La pendenza delle caratteristiche vulcaniche forniscono indizi per la composizione della lava che li ha formati. Considerando che i vulcani a scudo basaltico situati altrove sulla, in genere hanno pendici di 7 gradi o meno, mentre i Compton-Belkovich hanno pendenze che raggiungono i 20-25 gradi, il che suggerisce che si siano formati da una lava più viscosa.
Un altro indizio è venuto da uno degli altri strumenti LRO, un radiometro termico chiamato Diviner. (Questa strumento registra nella parte infrarossa dello spettro).
Il team è stato in grado di dimostrare che è presenteu na ricca concentrazione di roccia silicea, granito o riolite.
"Questo è molto insolito", dice Jolliff. "Ci sono solo circa una mezza dozzina di altre regioni sulla Luna che potrebbero essere ricche in silice, in quanto la Luna, a differenza della Terra, non ha potuto modellare i materiali rocciosi in modo che si concentrasse il silicio".
Jolliff e colleghi non possono ancora essere sicuri e sono riluttanti a speculare, ma sospettano che il complesso appena scoperto potrebbe essere molto più giovane rispetto alla maggior parte delle caratteristiche vulcaniche nel KREEP Procellarum Terrane.
"Anche se sappiamo dalle analisi dirette di campioni di roccia lunare che la maggior parte del vulcanismo si è verificato 3-4 miliardi di anni fa, possiamo vedere dall'orbita alcuni flussi di basalto più recenti, fino ad 1 miliardo di anni fa" dice Jolliff.
"Non abbiamo un modo per ottenere una data assoluta della Compton-Belkovich perché non abbiamo le rocce in mano, ma dato che ci sono relativamente pochi crateri, la superficie sembra in realtà abbastanza fresca. Vediamo piccole caratteristiche che non sono state completamente erose e cancellate dal processo di impatto. Se questa provincia vulcanica si è formata molto tardi, non avrebbe potuto essere soggetta al decadimento radioattivo perché quelle fonti di calore diminuiscono con il tempo e diventano sempre più difficili da ottenere per le lave sulla superficie".
"Ma", dice, "la Luna può ancora avere un nucleo fuso esterno. GRAAL, la missione che sarà lanciata alla fine di quest'anno potrebbe confermare questa idea. Ma se il nucleo esterno fosse fuso, potrebbe generare impulsi di calore. Dopo tutto, sulla Terra abbiamo punti caldi come la catena vulcanica delle Hawaii che sono associati con pennacchi profondi di calore. Un impulso di calore dalle profondità del mantello potrebbe sciogliere una tasca di KREEP ricco di roccia alla base della crosta, lasciata dalla cristallizzazione originale dell'oceano di magma", Jolliff ci dice. Inoltre: "La fusione potrebbe aver aumentato la base della crosta vicino alla superficie, gonfiandola in una cupola.
"Dato che questa lava cominció a cristallizzarsi si sarebbe differenziata per produrre una fusione più silicica che è stata poi arricchita con il torio.
L'eruzione effusiva di questo materiale avrebbe potuto produrre le caratteristiche ai lati ovest e est del Compton-Belkovich.
Le tarde eruzioni di lava siliciche avrebbero costituito cupole con fianchi ripidi. Alcune delle eruzioni più recenti avrebbero potuto creare corpi di molto ricchi in magma silicico che in superficie, avrebbe formato piccoli 'rigonfiamenti'.
"Sarebbe stato come per la cupola Novarupta nel Katmai National Park in Alaska. Una lava molto viscosa si gonfia come un palloncino che sale dal basso. E la superficie gonfia può dividersi e crepare, per poi solidificarsi" , dice.
"Dato che queste caratteristiche vulcaniche hanno spinto verso l'alto, altre parti della superficie vicine potrebbero essere crollate, formando una caldera di forma irregolare al centro della caratteristica", dice Jolliff.
"Almeno questa è attualmente la mia ipotesi preferita per quello che è successo", dice sorridendo. "Ciò di cui abbiamo veramente bisogno di testare per questa o altre nuove idee sulla Luna è con l'esplorazione umana".
Adattamento e traduzione a cura di Arthur McPaul
Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/07/110725091730.htm
Alcune delle macchie rosse hanno forme caratteristice a cupola, alcune molto grandi, e tutto entro i confini del PKT.
Una nuova area vulcanica rivelata
fin dalla prima missione del Lunar Prospector, ricca di torio e posta sul lato più lontano della Luna, distante dal KREEP Procellarum Terrane, ha incuriosito Joliff.
"Quando il Lunar Reconnaissance Orbiter è stato lanciato nel 2009, siamo stati finalmente in grado di ottenere un'immagine ad alta risoluzione" (Foto di Apertura).
Al centro dell'occhio di bue di torio vi è un piccolo complesso vulcanico, dai 25 ai 35 km di diametro, a seconda della direzione, incastonato tra i crateri Compton e Belkovich, che sono rispettivamente di 162 e 214 chilometri.
Significativamente, la Compton-Belkovich Anomaly si trova a circa 900 chilometri nord-est dal KREEP Procellarum Terrane.
"Nelle immagini iniziali LRO, scattate con la camere ad angolo stretto (CNA), durante la fase di messa in servizio della missione, abbiamo potuto vedere le caratteristiche del terreno e il grumoso crollo che potrebbe essere di tipo vulcanico", dice Jolliff.
Ma il materiale sulla superficie circostante poteva anche essere stato prodotto da una esplosione da impatto. "Per essere sicuri che stavamo vedendo caratteristiche di tipo vulcaniche, abbiamo guardato più da vicino, con le immagini provenienti dalla CNA scattate durante la fase di mappatura, una volta che LRO aveva raggiunto la sua orbita circolare di 50 chilometri. Le camere ottiche CNA hanno prodotto immagini di 50 centimetri per pixel di risoluzione.
"Abbiamo mappato la stessa area più di una volta con la CNA," ha detto Jolliff. "Poi abbiamo inclinato a 'testacoda' la sonda in modo che potessimo ottenere immagini con un angolo diverso. Da questi due punti di vista abbiamo costruito un modello tridimensionale e digitale del terreno, (o DTM, che ci ha permesso di ruotare il terreno nel computer ".
Tra le funzioni di diagnostica rivelate da questi punti di vista abbiamo avuto le caratteristiche comunemente oscurate da ombre di una montagna e quello che sembra essere una zona del cerchio dove è stata commessa un'infrazione con conseguente collasso e perdita di massa (il movimento discendente di roccia o regolite).
Gli scienziati hanno rafforzato l'ipotesi di vulcanesimo riprendendo le sezioni trasversali attraverso il terreno e misurando le pendenze lungo queste sezioni.
Questo ha dimostrato, ad esempio, che una delle cupole è un altopiano con al vertice un'ampia depressione centrale, caratteristiche tipiche di un vulcano.
"E' insolito per una formazione geologica, avere una cima piatta o una depressione in cima a meno che non sia vulcanico", dice Jolliff. "Quello che succede è che il magma scompare all'interno dopo l'eruzione, lasciando una depressione".
La pendenza delle caratteristiche vulcaniche forniscono indizi per la composizione della lava che li ha formati. Considerando che i vulcani a scudo basaltico situati altrove sulla, in genere hanno pendici di 7 gradi o meno, mentre i Compton-Belkovich hanno pendenze che raggiungono i 20-25 gradi, il che suggerisce che si siano formati da una lava più viscosa.
Un altro indizio è venuto da uno degli altri strumenti LRO, un radiometro termico chiamato Diviner. (Questa strumento registra nella parte infrarossa dello spettro).
Il team è stato in grado di dimostrare che è presenteu na ricca concentrazione di roccia silicea, granito o riolite.
"Questo è molto insolito", dice Jolliff. "Ci sono solo circa una mezza dozzina di altre regioni sulla Luna che potrebbero essere ricche in silice, in quanto la Luna, a differenza della Terra, non ha potuto modellare i materiali rocciosi in modo che si concentrasse il silicio".
Jolliff e colleghi non possono ancora essere sicuri e sono riluttanti a speculare, ma sospettano che il complesso appena scoperto potrebbe essere molto più giovane rispetto alla maggior parte delle caratteristiche vulcaniche nel KREEP Procellarum Terrane.
"Anche se sappiamo dalle analisi dirette di campioni di roccia lunare che la maggior parte del vulcanismo si è verificato 3-4 miliardi di anni fa, possiamo vedere dall'orbita alcuni flussi di basalto più recenti, fino ad 1 miliardo di anni fa" dice Jolliff.
"Non abbiamo un modo per ottenere una data assoluta della Compton-Belkovich perché non abbiamo le rocce in mano, ma dato che ci sono relativamente pochi crateri, la superficie sembra in realtà abbastanza fresca. Vediamo piccole caratteristiche che non sono state completamente erose e cancellate dal processo di impatto. Se questa provincia vulcanica si è formata molto tardi, non avrebbe potuto essere soggetta al decadimento radioattivo perché quelle fonti di calore diminuiscono con il tempo e diventano sempre più difficili da ottenere per le lave sulla superficie".
"Ma", dice, "la Luna può ancora avere un nucleo fuso esterno. GRAAL, la missione che sarà lanciata alla fine di quest'anno potrebbe confermare questa idea. Ma se il nucleo esterno fosse fuso, potrebbe generare impulsi di calore. Dopo tutto, sulla Terra abbiamo punti caldi come la catena vulcanica delle Hawaii che sono associati con pennacchi profondi di calore. Un impulso di calore dalle profondità del mantello potrebbe sciogliere una tasca di KREEP ricco di roccia alla base della crosta, lasciata dalla cristallizzazione originale dell'oceano di magma", Jolliff ci dice. Inoltre: "La fusione potrebbe aver aumentato la base della crosta vicino alla superficie, gonfiandola in una cupola.
"Dato che questa lava cominció a cristallizzarsi si sarebbe differenziata per produrre una fusione più silicica che è stata poi arricchita con il torio.
L'eruzione effusiva di questo materiale avrebbe potuto produrre le caratteristiche ai lati ovest e est del Compton-Belkovich.
Le tarde eruzioni di lava siliciche avrebbero costituito cupole con fianchi ripidi. Alcune delle eruzioni più recenti avrebbero potuto creare corpi di molto ricchi in magma silicico che in superficie, avrebbe formato piccoli 'rigonfiamenti'.
"Sarebbe stato come per la cupola Novarupta nel Katmai National Park in Alaska. Una lava molto viscosa si gonfia come un palloncino che sale dal basso. E la superficie gonfia può dividersi e crepare, per poi solidificarsi" , dice.
"Dato che queste caratteristiche vulcaniche hanno spinto verso l'alto, altre parti della superficie vicine potrebbero essere crollate, formando una caldera di forma irregolare al centro della caratteristica", dice Jolliff.
"Almeno questa è attualmente la mia ipotesi preferita per quello che è successo", dice sorridendo. "Ciò di cui abbiamo veramente bisogno di testare per questa o altre nuove idee sulla Luna è con l'esplorazione umana".
Adattamento e traduzione a cura di Arthur McPaul
Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/07/110725091730.htm
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