Сильный вулканизм может означать, что Луна намного старше, чем считалось ранее

После своего образования Луна, возможно, стала ареной такой огромной вулканической активности, что вся ее кора несколько раз плавилась и полностью переворачивалась. В то время Луна вращалась значительно ближе к Земле, чем сегодня. Возникшие в результате приливные силы нагрели его внутреннюю часть и, таким образом, привели к мощному вулканизму. Только спутник Юпитера Ио, безусловно, самое вулканически активное тело в Солнечной системе, предлагает сравнимые условия.

Эти новые соображения, опубликованные сегодня в журнале Nature международной группой исследователей из Калифорнийского университета Санта-Крус, Института исследований солнечной системы Макса Планка (MPS) и Коллеж де Франс, разрешают предыдущие противоречия и несоответствия относительно возраста Луны. . По мнению исследователей, Луна образовалась между 4,43 и 4,51 миллиарда лет назад. Однако ее кора выглядит примерно на 80–160 миллионов лет моложе.

Луна, по-видимому, весьма неохотно раскрывает свой возраст. Попытки раскрыть его тайну привели к оценкам, которые различаются на несколько сотен миллионов лет: хотя некоторые исследователи предполагают, что наш космический спутник образовался 4,35 миллиарда лет назад, другие датируют его рождение 4,51 миллиарда лет назад.

Одно из наиболее ярких несоответствий имеет каменистую природу: почти все образцы лунных пород указывают на более молодой возраст. Но несколько редких кристаллов силиката циркония, известных как цирконы, значительно старше. Как это возможно? В текущем исследовании исследователям удалось разрешить это противоречие. По их расчетам, после формирования лунная кора по большей части снова расплавилась; лишь немногие цирконы смогли выдержать эти экстремальные условия без изменений.

Столкновение и его последствия

История Луны начинается с массивного столкновения. На заре существования Солнечной системы кусок размером с Марс врезался в еще молодую Землю. Столкновение вызвало столько тепла, что наша планета полностью расплавилась и выбросила огромное количество материала в космос. Постепенно этот материал слипся, образовав Луну, первоначально покрытую огромным океаном горячей жидкой породы. В последующие миллионы лет новообразованное тело охлаждалось и удалялось все дальше и дальше от Земли, пока не достигло своей нынешней орбиты на расстоянии около 384 400 километров.

«Нас особенно интересует тот этап, когда расстояние между Землей и Луной составляло примерно одну треть сегодняшнего расстояния», — объясняет Фрэнсис Ниммо из Калифорнийского университета в Санта-Крус, первый автор нового исследования.

В это время происходили различные изменения положения и формы орбиты Луны. Помимо прочего, она стала более эллиптической, так что скорость Луны и ее расстояние от Земли заметно менялись в пределах каждой орбиты. Действующие таким образом силы «перевернули» недра Луны до такой степени, что она нагрелась.

Похожая ситуация известна и сегодня на спутнике Юпитера Ио, который вращается вокруг газового гиганта также по слегка эллиптической орбите. Огромные приливные силы Юпитера делают маленькую луну самым вулканически активным телом в Солнечной системе. Ранняя луна Земли, вероятно, могла сравниться даже с Ио.

Как показывают расчеты исследователей, теплового потока из недр Луны было достаточно, чтобы расплавить и пробить всю мантию. Хотя ни разу на этой фазе океан магмы не покрывал всю Луну, в течение нескольких миллионов лет тепло из недр постепенно достигало каждой части поверхности, разжижая большую часть земной коры — возможно, даже несколько раз. В некоторых местах горячая лава проникала на поверхность, в других магма выбрасывалась под поверхность, нагревая окружающие ее породы.

Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.

Сброс геологических часов

Эта вулканическая история имеет решающее значение для определения возраста породы земной коры. С момента своего образования лунные породы (как и земные породы) содержат радиоактивные изотопы. Изотопы — это разновидности определенных атомов, которые отличаются только числом нейтронов в атомном ядре.

Поскольку времена распада изотопов известны, можно определить возраст породы по их текущей концентрации. Решающий фактор: пока камень горячий, он может обмениваться изотопами с окружающей средой. Когда он остывает, он закрепляет свой состав. Захваченные радиоактивные изотопы начинают распадаться, и геологические часы начинают тикать.

«Сильный вулканизм, вероятно, обнулил геологические часы Луны», — объясняет Торстен Кляйне, директор MPS и соавтор исследования. «Поэтому образцы лунных пород не показывают их первоначальный возраст, а только время, когда они в последний раз сильно нагревались», — добавляет он.

Лишь немногие термостойкие цирконы свидетельствуют о более далеком прошлом, показывают исследователи в своих расчетах. В некоторых местах, где лава не достигла поверхности, зерна циркона оставались холодными, так что их внутренние часы не пострадали.

«Образцы лунных пород рассказывают нам всю бурную историю Луны. Они рассказывают нам о ее формировании и последующем жестоком вулканизме. До сих пор мы просто не понимали эти подсказки правильно», — говорит Кляйне. Согласно результатам исследователя, возраст самой Луны составляет от 4,43 до 4,51 миллиарда лет. Сильный вулканизм сформировал ее кору около 4,35 миллиарда лет назад.

Решение загадки

Новые результаты также разрешают многие другие противоречия, которые ранее озадачивали ученых. Например, сравнительно небольшое количество кратеров на Луне свидетельствует против ее старости. За столь долгое время наш космический сосед должен был стать свидетелем большего количества столкновений. Вулканизм теперь предлагает объяснение. «Лава из недр Луны могла заполнить первые ударные бассейны и таким образом сделать их неузнаваемыми», — говорит соавтор Алессандро Морбиделли из Коллеж де Франс.

Состав лунной мантии поставил перед исследователями еще одну загадку. Это слой породы, который лежит прямо под лунной корой. Его список ингредиентов отличается от земного в ключевых отношениях. Однако, если бы недра Луны расплавились во второй раз, некоторые вещества могли бы выйти из мантии в железное ядро ​​внизу.

«Новые результаты означают, что все части головоломки, которые раньше не сходились воедино, теперь образуют целостную общую картину формирования Луны», — говорит Кляйне.

Информация от: Обществом Макса Планка