Мантия Луны могла полностью перевернуться 4,22 миллиарда лет назад
Исследователи предполагают, что вскоре после образования, около 4,22 миллиарда лет назад, мантия Луны полностью перевернулась. Плотная расплавленная порода на поверхности должна была перетечь в мантию, а затем вернуться на поверхность в виде потоков лавы. Это явление объясняет асимметрию геохимической структуры и связанные с ней гравитационные аномалии.
Около 4,5 миллиарда лет назад планетарное тело размером с Марс столкнулось с Землей, разорвав большое количество пород в результате события, известного как "гигантский удар". Расплавленные обломки затем собрались и затвердели, образовав Луну.
Однако хотя многие наблюдения согласуются с этой гипотезой, детали того, как именно разворачивалось это событие, остаются частично неизвестными. Согласно образцам, привезенным миссиями "Аполлон", породы на поверхности Луны богаты ильменитом (минералом, содержащим титан и железо), что указывает на удивительно высокую плотность для пород, расположенных на уровне лунной коры. Позднее спутниковые наблюдения показали, что эти породы находятся в основном на видимой (с Земли) стороне Луны. Вопрос о том, как и почему они распределены таким образом, до сих пор оставался без ответа.
С другой стороны, ранее исследователи предполагали, что эти породы образовались из остывшей магмы. В начале своего формирования Луна была полностью покрыта расплавленной магмой. Когда магма остыла, из нее образовалась лунная мантия и темные базальтовые корки, которые формируют лунные моря. Однако распределение пород в мантии совершенно неравномерно.
"Поскольку эти тяжелые минералы плотнее, чем находящаяся под ними мантия, это создает гравитационную неустойчивость, и мы ожидаем, что этот слой опустится глубже в недра Луны", — объясняет Вейганг Лян в пресс-релизе Аризонского университета. В течение тысячелетий после формирования Луны этот плотный материал опускался в недра и смешивался с мантией, а затем возвращался на поверхность в виде лавовых потоков.
Однако "физических свидетельств, проливающих свет на точную последовательность событий на этом критическом этапе лунной истории, мало, и существует множество разногласий по поводу деталей произошедшего", — говорит Джефф Эндрюс-Ханна, также исследователь из Университета Аризоны. В новом исследовании, недавно опубликованном в журнале , он и его коллеги раскрывают новые подсказки о том, как разворачивался этот процесс.
Принципиально несбалансированная структура
Предыдущее моделирование позволило предположить, что богатые ильменитом породы мигрировали к видимой стороне Луны в результате удара крупного астероида о ее дальнюю сторону. В результате этого порода расплавилась и мигрировала прочь от места столкновения. Затем расплавленный материал проник во внутреннюю часть мантии через сеть галерей с геометрическим рисунком, напоминающим листья. Затем плотные скопления расплавленной породы поднялись бы до уровня коры в результате вулканизма. Такая гравитационно неустойчивая конфигурация, вероятно, привела к глобальному перевороту мантии.
В рамках своего нового исследования ученые из Университета Аризоны сравнили результаты моделирования с данными о гравитационных аномалиях, собранными миссией НАСА Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL). Эти данные, собранные в 2011-2012 годах в регионах, окружающих лунные моря, свидетельствуют о значительном изменении плотности пород.
Эксперты обнаружили, что гравитационные сигнатуры, зафиксированные миссией GRAIL, согласуются с моделированием, указывающим на смещение ильменитового слоя и глобальное переворачивание лунной мантии. "Материал ильменита мигрировал на видимую сторону и каскадом уходил вглубь, оставляя после себя остатки, которые вызвали аномалии в гравитационном поле Луны, как показано GRAIL", — объясняет Лян. По оценкам команды, это событие произошло около 4,22 миллиарда лет назад, вскоре после того, как Луна начала формироваться.
В целом эти результаты подтверждают, что структура Луны принципиально несбалансирована. Остатки событий, приведших к этому дисбалансу, хорошо видны в ее гравитационном распределении. Однако структура сетей просачивания плотных пород и точные геологические процессы, приведшие к этой миграции, остаются неясными.