Muchos de los conceptos básicos como maria,
tierras altas, regolito, composición química de la Luna, minerales en las rocas
lunares se encuentran en Geología de la Luna. Puedes leerlo cuando consideres.
Las
muestras lunares
El conocimiento de la geología
lunar aumentó mucho a partir de la recogida de muestras lunares por el programa
Apolo. El reto de Kennedy de 1961, visto el Legado 0 se enmarca en la
Guerra Fría existente entre la Unión Soviética y EEUU, era puramente
tecnológico. La parte científica del programa Apolo fue creciendo a medida que
avanzaba la exploración lunar. Gracias a dicho programa, la Luna es el único
cuerpo, junto con la Tierra, cuya geología se conoce detalladamente y del que
se obtuvieron muestras de distintas regiones. Durante las seis expediciones
Apolo que alunizaron se recogieron 2.415 muestras con un peso total de 382 kg . La mayoría recogidas
por las misiones Apolo 15, Apolo 16 y Apolo 17. Entre las tres, un total de 283 kg de muestras.
Las muestras de roca lunar se recogieron mediante el
uso de diferentes herramientas, incluyendo martillos, rastrillos, palas, etc.
La mayoría fueron fotografiadas antes de ser recogidas para registrar las
condiciones naturales en que se encontraban en la Luna. Se depositaron en
bolsas de muestras y éstas en contenedores de muestras para su regreso a la
Tierra, protegidas de la contaminación.
Los astronautas del Apolo XI habían recogido polvo
lunar (regolito), basaltos oscuros, formados tras la solidificación de lava
líquida, pero también trazas de anortosita un mineral que lo cambio todo. Una roca ígnea
blanco-grisácea formada principalmente por el mineral plagioclasa un tipo de
feldespato rico en aluminio y calcio (CaAl2Si2O8)
y que se forma después que el océano de magma se había cristalizado. A pesar de
que la misión Apolo 11 transcurrió en el Mar de la Tranquilidad, también se
recogieron fragmentos milimétricos de rocas de las tierras altas: anortosita
Previamente al alunizaje, NASA había enviado una
convocatoria internacional a investigadores. Se seleccionaron 142 proyectos,
orientados a estudiar la mineralogía, la composición química y las razones
isotópicas de las rocas provenientes de la superficie de la Luna.
En septiembre de 1969, los investigadores recibieron
unos pocos gramos de material lunar. Tenían cuatro meses para el estudio antes
de que del 5 al 8 de enero de 1970 se organizara en Houston una Asamblea
Internacional de Geología Lunar, para presentar los resultados análisis de las
muestras lunares. El mismo día de la inauguración Joseph Smith de la
Universidad de Chicago y el geólogo planetario John Wood (del Smithsonian
Astrophysical Observatory) presentaron la idea revolucionaria de que la Luna
estuvo en su origen totalmente fundida y éste océano de magma fue
solidificándose a medida que se enfriaba. Una corteza de anortosita de unos 25 kms. de espesor parecía cubrir toda la
superficie de la Luna. Los materiales más densos, como el olivino y el
piroxeno, se hundieron para dejar que los más ligeros, como la anortosita,
afloren a la superficie. La excepción eran los maria donde grandes impactos de meteoritos habían creado cuencas,
que 1.000 millones de años (1 eón) más tarde se habían rellenado de lava. Esto
se averiguó por medio de las razones isotópicas del estroncio, que determinaron
para los maria una edad de 3.600
millones de años. Una formación en caliente que erradicaba la formación fría
por acreción.
El profesor John Esson de la Universidad de
Manchester descartó la teoría de la fisión según la cual la Luna se había
desgajado de la Tierra. Sólo quedaba la teoría de la captura, pero, aunque no he
encontrado su rechazo explícito, los 142 expertos no encontraron evidencias de
profundas variaciones en la composición química lunar. Aunque el doctor
finlandés Biger Wiik que ha aislado 29 elementos químicos lunares afirma que
hay varios que son rarísimos en las rocas terrestres (se refiere a los KREEPs).
Nos hemos encontrado sin teoría sobre el origen lunar pues la composición
química de un cuerpo capturado y sobre todo sus razones isotópicas no tendrían
nada que ver con la Tierra. La teoría de la Gran Colisión sobre el origen lunar
que veremos en el Legado 2, surgirá dos años después del fin del programa
Apolo.
El Apolo XVI fue la única misión que aterrizó en las tierras altas, todas las demás lo
hicieron en las inmensas llanuras de los maria.
También lo hizo el vehículo no tripulado Surveyor 7 que aterrizó en el
cráter Tycho.
Para
comprobar si la anotosita era abundante en las Tierras Altas, los investigadores revisaron los datos obtenidos por
el Surveyor 7. Aquellos datos no habían sido concluyentes, pero, ahora que se
sabía de la presencia de anortosita en la Luna, la cosa cambiaba. No en ese
momento sino en uno muy posterior, se decidió enviar el Apolo XVI a Tierras Altas para tener muestras de
esta parte de la Luna.
Fig. 1 La Armalcolita es un mineral hallado el Mar de la Tranquilidad, de la
Luna, por los astronautas del Apolo XI que lleva su nombre en su honor
(ARMstrong, ALdrin y COLlins). Es un óxido de titanio, hierro y magnesio, que
también se ha encontrado en la Tierra.
La principal característica de las rocas lunares
respecto a las terrestres es su mayor riqueza en hierro, magnesio y sobre todo
titanio, siendo pobres en elementos volátiles como potasio, sodio, bismuto etc.
En general, las rocas recogidas en la Luna durante el programa Apolo son mucho
más viejas que las que se pueden encontrar en la Tierra, según las técnicas de
datación radiométrica. Las muestras datan de entre hace 3.200 millones de años,
caso de las muestras de basalto de los mares lunares, hasta hace 4.100 millones
de años, caso de las muestras de zonas altas. Son por lo tanto muestras de un
período muy temprano en la formación del Sistema Solar.
Es curioso que para estudiar los primeros tiempos en
la Tierra se haya tenido que ir a la Luna pues nuestro planeta tiene tanta
actividad que ha destruido las rocas más primitivas. Concretamente se han
perdido los primeros 500 millones de años de la historia de la Tierra.
Entre las rocas destaca la roca Génesis encontrada por los astronautas del Apolo XV.
Fig. 2 La roca Génesis, fue
encontrada por los astronautas del Apolo 15 en el cráter Spur. Es una
anortosita muy antigua (4100 millones de años) que se formó cuando la
plagioclasa anortosita, un mineral
ligero, flotó sobre el océano de magma que siguió a la formación violenta de la
Luna.
El principal almacén de rocas lunares es el
Laboratorio de Recepción Lunar del centro espacial Lyndon B. Johnson, en
Houston. Por motivos de seguridad, existe también una colección menor en la
base de la Fuerza Aérea Brooks en San Antonio. La mayoría de las rocas se
guardan bajo frío extremo, en nitrógeno líquido, para así mantenerlas libres de
la humedad o de otros agentes externos. Sólo se pueden manejar indirectamente
utilizando herramientas especiales. La NASA tuvo la precaución de guardar
muestras para análisis futuros. La actual directora en funciones de la división
de ciencias planetarias de la NASA, Lori Glaze dice: estas muestras se guardaron deliberadamente para que pudiéramos
aprovechar la más avanzada y sofisticada tecnología actual para responder a
preguntas que no sabíamos que íbamos a tener que hacernos. Ahora 800 gramos del material
nunca expuestos a la atmósfera terrestre serán desembalados y estudiados con la
tecnología que no existía hace 50 años.
Un pequeño número de rocas lunares están expuestas
al público en museos o fueron regaladas a dignatarios de los países que, los
astronautas visitaron tras el vuelo del Apolo XI, entre ellos España. Muchas de
ellas han desaparecido.
Fig. 3 Anortosita ferrosa lunar #60025
(feldespato tipo plagioclasa). Recolectado por el Apolo 16 cerca del Cráter
Descartes. Museo Nacional de Historia Natural (Washington, DC).
Fig. 4 La Roca del Cinturón de
Seguridad, que fue recogida por el astronauta David Scott, del Apolo XV, desobedeciendo
ordenes del control en Tierra, sólo porque le pareció curiosa. Los agujeros
(vesículas) son producidos por gas atrapado en el magma, quizá dióxido de
carbono y monóxido de carbono, con algo de sulfuro.
Formación de la corteza de
anortosita.
Rick Carlson, geoquímico y director del
departamento de magnetismo terrestre del Instituto Carnegie para la Ciencia (EE
UU) dice que las muestras lunares cambiaron
completamente la visión de cómo se forman los planetas: En vez de una suave y fría acumulación de cuerpos pequeños, ahora en la
mayoría de los modelos de formación planetaria intervienen impactos muy
energéticos entre grandes objetos. De hecho, el modelo dominante sobre el
origen de la Luna es que se formó de materiales despedidos de la Tierra cuando
esta fue impactada por un objeto puede que tan grande como Marte. Se verá
en el Legado 2.
A las altas temperaturas en las que nació, el cuerpo
estaba cubierto por un inmenso océano de
magma de roca y metal fundidos. La existencia de este océano de magma en las primeras etapas se propuso por primera vez
en la Conferencia Lunar de Houston en
1970, cuando los geólogos observaron la abundancia de trazas de anortosita en un sitio insospechado el
Mar de la Tranquilidad. La anortosita es un tipo de roca ignea, rica en el
mineral ligero la plagioclasa y muy pobre en minerales más densos. En este
océano, las sustancias o minerales más pesados se precipitaron a las
profundidades, mientras que las más ligeras como la anortosita flotaron como,
la escoria lo hace en el hierro fundido. El océano de magma se congeló después
de varios eones, pero su existencia quedó grabada
en la mineralogía de la superficie de la corteza de la Luna.
El concepto del
océano de magma fue comprobado en 1994 con la sonda estadounidense Clementine, la cual en su órbita polar
durante dos meses tomó fotografías en diferentes longitudes de onda. Los
científicos analizaron el contenido de hierro en la superficie lunar a través
de las variaciones de la intensidad de la luz reflejada en diferentes longitudes
de onda. La hipótesis del océano de magma predice que las tierras altas lunares
deberían tener un bajo contenido en hierro, menos de aproximadamente 5 % por
peso (registrado como óxido de hierro FeO). Las mediciones de la Clementine, confirmaron
ésta abundancia que fue ratificada en 1998 por la sonda estadounidense Lunar Prospector.
Las tierras altas están formadas principalmente de
plagioclasa porque este mineral se fue acumulando en la parte superior del
océano de magma por flotación, dando lugar a la hipótesis de que la Luna estuvo
alguna vez cubierta por un océano de magma.
Para Rick Carlson: Con las primeras muestras del Apolo 11, nos dimos cuenta de que la
Luna se formó en caliente, posiblemente completamente fundida. Al enfriarse
desde este estado inicial, generó una gruesa corteza mediante la flotación de
cristales en un magma en enfriamiento, en cierta medida como los icebergs se
forman en el océano, pero mucho más caliente.
Constitución geológica de
los mares
La principal características de las rocas basálticas, respecto de las rocas de las tierras
altas, es que los basaltos contienen una mayor cantidad de olivino y piroxeno y menos plagioclasa. Las del Apolo XI tenían mucha ilmenita (18%), un óxido de mineral de hierro y titanio. El Apolo 12 regresó a
Tierra con basaltos de menores concentraciones (5%) y las misiones siguientes y
las misiones automatizadas soviéticas regresaron con basaltos con una
concentración aún menor de ilmenita (2%).
La sonda Clementine proporcionó datos que muestran
un amplio rango de contenido de titanio en las rocas basálticas, siendo las de
alto contenido, las de menor abundancia.
Las formas de los granos minerales en la que están
presentes en los basaltos de los mares indican que estas rocas fueron formadas
en coladas de lava, algunas delgadas (de un metro de espesor) y otras más
espesas (hasta 30 metros ).
Muchos de los basaltos lunares contienen pequeños agujeros llamados vesículas,
los cuales fueron formados por burbujas de gases atrapados cuando se solidificó
la lava. No se sabe con certeza cuáles fueron los gases que escaparon de estas
rocas. En la Tierra las vesículas se forman con la salida de dióxido de
carbono, vapor de agua acompañada de algo de sulfuro y cloro. En la Luna no hay
señales de la existencia de agua. Es probable que hayan sido dióxido de carbono
y monóxido de carbono, con algo de sulfuro.
Las muestras de vidrios piroclásticos se presentan
de color verde, amarillo y rojo. La diferencia en color reflejan la cantidad de
titanio que poseen, de esta manera, las partículas verdes tienen las menores
concentraciones (cerca de 1 %) y las rojas son las de mayores concentraciones
con un 14 %, mucho más que los basaltos de mayores concentraciones.
Los experimentos llevados a cabo en las rocas
basálticas y vidrios piroclásticos muestran que se formaron cuando el interior
de la Luna estaba parcialmente fundido Los experimentos mostraron que el fusión
en la Luna tuvo lugar a una profundidad de entre 100 a 500 km , y que las rocas que
se derritieron parcialmente contenían principalmente olivino y piroxeno con
algo de ilmenita en las regiones que formaron los basaltos de alto titanio.
Bombardeo Masivo Tardío
Unos 400 millones de años después de que la Luna
tuvo una superficie sólida (hace unos 4.400 millones de años), los asteroides
que poblaban el Sistema Solar se acercaron al interior del Sistema Solar donde
estaba el sistema Tierra-Luna, Mercurio, Venus y Marte. El motivo fue la
migración hacia el Sol del planeta gigante Júpiter que provocó la perturbación
en la órbita de estos asteroides.
Para Rick Carlson: El registro de cráteres de la Luna nos cuenta que los grandes impactos
de meteoritos eran algo común en los principios del Sistema Solar. (BMT).
Lo interesante de las brechas de las tierras altas,
especialmente las brechas de impacto (rocas parcialmente derretidas por un
evento de impacto) es que la mayoría de ellas se ubica en una edad que se
extiende desde los 3.850 a
los 4.000 millones de años. Esto lleva a la idea de que la Luna experimentó un
bombardeo de meteoritos muy intenso durante ese lapso. Es el Bombardeo Masivo Tardío
(BMT), que veremos en el Legado 3.
El debate sobre el origen de los cráteres que había
encauzado correctamente Eugene Shoemaker se zanjó definitivamente. Las rocas
lunares evidenciaban huellas de fusión, vidrios de impacto y brechas, surgidos
por las enormes presiones producidas por impactos de meteoritos.
Resumen
Los datos del programa Apolo nos enseñaron que
·
La Luna se formó en caliente de un choque violento de una proto-Tierra
y un planetésimo del tamaño de Marte.
·
La corteza lunar de las tierras altas es de anortosita una plagioclasa
ligera que flotó en el océano de magma, mientras el olivino y piroxeno más
densos se hundían.
·
Unos 400 millones de años después de que la Luna tuvo una superficie
sólida (hace entre 4.000-3.850 millones de
años), hubo un Bombardeo Masivo Tardío (BMT) que afectó al Sistema Solar
interior y del que en la Tierra no quedan casi vestigios.
·
Los maría eran en principio
grandes cuencas causadas por planetesimales.
·
Los cráteres nos eran volcanes y los maria se formaron 1.000 millones de años (1 eón) después de la formación
de la corteza de anortosita. El basalto con ilmenita rellenó con magma que
emergió del fondo lunar a través de grietas.
Bibliografía:
- The Scientific Legacy of Apollo (Ian A. Crawford, Department of Earth and Planetary Sciences, Birkbeck College,University of London en arXiv 2012)
- Los resultados científicos del Apolo XI (Rafael Bachiller, Director del Observatorio Astronómico Nacional.
- Redescubriendo la Luna (Jorge I. Zuluaga, Astrónomo del SEAP y FCEN Universidad de Antioquía, Colombia)
- Apuntes míos: Origen de la Luna (Cap. 27.10.10) Datación de superficies planetarias (Cap. 5.4.2)
Otros artículos de esta serie:
0) Legado 0: Legado del programa Apolo (Introducción)
1) Legado I: Composición de la Luna (este)
0) Legado 0: Legado del programa Apolo (Introducción)
1) Legado I: Composición de la Luna (este)
2) Legado II: Origen de la Luna
3) Legado III: Datación por densidad de craterización. Calibrado. Bombardeo masivo tardío.
4) Legado IV: Estructura del interior lunar
5) Legado V: El pasado y futuro del sistema Tierra-Luna
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