Các mẫu đá Apollo ghi lại những khoảnh khắc quan trọng trong lịch sử sơ khai của Mặt trăng
0 CommentsCác mẫu đá núi lửa được thu thập trong các sứ mệnh Apollo của NASA mang dấu hiệu đồng vị của các sự kiện quan trọng trong quá trình tiến hóa ban đầu của Mặt trăng, một phân tích mới được tìm thấy. Những sự kiện đó bao gồm sự hình thành lõi sắt của Mặt trăng, cũng như sự kết tinh của đại dương magma mặt trăng – biển đá nóng chảy được cho là đã bao phủ Mặt trăng trong khoảng 100 triệu năm sau khi nó hình thành.
Các mẫu đá núi lửa được thu thập trong các sứ mệnh Apollo của NASA mang dấu hiệu đồng vị của các sự kiện quan trọng trong quá trình tiến hóa ban đầu của Mặt trăng, một phân tích mới được tìm thấy. Những sự kiện đó bao gồm sự hình thành lõi sắt của Mặt trăng, cũng như sự kết tinh của đại dương magma mặt trăng – biển đá nóng chảy được cho là đã bao phủ Mặt trăng trong khoảng 100 triệu năm sau khi nó hình thành.
Phân tích được công bố trên tạp chí Science Advances đã sử dụng một kỹ thuật gọi là phép đo khối phổ ion thứ cấp (SIMS) để nghiên cứu kính núi lửa quay về sau sứ mệnh Apollo 15 và 17, được cho là đại diện cho một số vật chất núi lửa nguyên thủy nhất trên Mặt trăng. Nghiên cứu đã xem xét cụ thể thành phần đồng vị lưu huỳnh, có thể tiết lộ chi tiết về quá trình tiến hóa hóa học của lavas từ quá trình hình thành, vận chuyển và phun trào.
Alberto Saal, giáo sư địa chất tại Đại học Brown và đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Trong nhiều năm, dường như các mẫu đá bazan được phân tích có sự biến đổi rất hạn chế về tỷ lệ đồng vị lưu huỳnh”. “Điều đó cho thấy rằng bên trong Mặt trăng có thành phần đồng vị lưu huỳnh về cơ bản đồng nhất. Nhưng sử dụng các kỹ thuật phân tích tại chỗ hiện đại, chúng tôi cho thấy rằng tỷ lệ đồng vị của kính núi lửa thực sự có một phạm vi khá rộng và những biến thể đó có thể được giải thích bởi sự kiện đầu lịch sử âm lịch. ”
Dấu hiệu lưu huỳnh được quan tâm là tỷ lệ của đồng vị lưu huỳnh-34 “nặng” với lưu huỳnh-32 nhẹ hơn. Các nghiên cứu ban đầu về các mẫu núi lửa trên mặt trăng cho thấy chúng đều nghiêng về phía lưu huỳnh-34 nặng hơn. Tỷ lệ đồng vị lưu huỳnh gần như đồng nhất trái ngược với sự khác biệt lớn trong các nguyên tố và đồng vị khác được phát hiện trong các mẫu Mặt Trăng.
Nghiên cứu mới này đã xem xét 67 mẫu thủy tinh núi lửa riêng lẻ và thể vùi nóng chảy của chúng – những đốm nhỏ dung nham nóng chảy bị mắc kẹt trong các tinh thể bên trong thủy tinh. Các thể vùi nóng chảy bám lấy dung nham trước khi lưu huỳnh và các nguyên tố dễ bay hơi khác được giải phóng dưới dạng khí trong quá trình phun trào – một quá trình được gọi là khử khí. Do đó, họ đưa ra một bức tranh nguyên sơ về dung nham nguồn gốc ban đầu như thế nào. Sử dụng SIMS tại Viện Khoa học Carnegie, Saal cùng với đồng nghiệp của mình, nhà khoa học quá cố của Carnegie, Eric Hauri, đã có thể đo các đồng vị lưu huỳnh trong các bao thể và thủy tinh nóng chảy nguyên sơ này, và sử dụng các kết quả đó để hiệu chỉnh mô hình của quá trình khử khí cho tất cả các mẫu.
Saal cho biết: “Một khi chúng tôi biết được quá trình khử khí, chúng tôi có thể ước tính lại thành phần đồng vị lưu huỳnh ban đầu của các nguồn tạo ra các lava này.
Những tính toán đó cho thấy rằng các lavas được tạo ra từ các hồ chứa khác nhau bên trong Mặt trăng với một loạt các tỷ lệ đồng vị lưu huỳnh. Sau đó, các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng phạm vi giá trị được phát hiện trong các mẫu có thể được giải thích bởi các sự kiện trong lịch sử ban đầu của Mặt trăng.
Ví dụ, tỷ lệ đồng vị nhẹ hơn trong một số kính núi lửa phù hợp với sự phân tách của lõi sắt từ Mặt trăng nóng chảy ban đầu. Khi lõi sắt tách khỏi vật chất khác trong hành tinh, nó sẽ mang theo một chút lưu huỳnh. Lưu huỳnh được lấy có xu hướng là đồng vị lưu huỳnh-34 nặng hơn, khiến magma còn lại được làm giàu thành lưu huỳnh-32 nhẹ hơn.
Saal nói: “Các giá trị mà chúng tôi thấy trong một số kính núi lửa hoàn toàn phù hợp với các mô hình của quá trình phân tách cốt lõi.
Các giá trị đồng vị nặng hơn có thể được giải thích là do quá trình làm lạnh và kết tinh của Mặt trăng nóng chảy sớm hơn. Quá trình kết tinh loại bỏ lưu huỳnh khỏi bể macma, tạo ra các bể chứa rắn với lưu huỳnh-34 nặng hơn. Quá trình đó có khả năng là nguồn gốc của các giá trị đồng vị nặng hơn được tìm thấy trong một số kính núi lửa và đá bazan trở về từ Mặt trăng.
“Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng những mẫu này ghi lại những sự kiện quan trọng này trong lịch sử Mặt Trăng”, Saal nói. “Khi chúng tôi tiếp tục xem xét các mẫu này với các kỹ thuật mới hơn và tốt hơn, chúng tôi tiếp tục học hỏi những điều mới.”
Saal nói thêm, cần phải làm nhiều việc hơn – và nhiều mẫu hơn cần được phân tích – để hiểu đầy đủ về thành phần đồng vị lưu huỳnh của Mặt trăng. Nhưng những kết quả mới này giúp làm sáng tỏ những câu hỏi lâu nay về thành phần bên trong Mặt trăng, và chúng đưa các nhà khoa học tiến gần hơn đến sự hiểu biết về sự hình thành và lịch sử ban đầu của Mặt trăng.
Nghiên cứu được tài trợ bởi chương trình Công tác Hệ Mặt trời của NASA (80NSSC20K0461).
Nguồn: sciencedaily