Formazione e composizione della Luna

Oggi si sa che la storia geologicamente attiva della Luna è stata relativamente breve e piuttosto lineare. Le regioni superficiali più chiare, denominate ``altipiani'', e le regioni scure, denominate ``mari'', racchiudono gli indizi dell'evoluzione lunare una volta acquisite nozioni sufficienti alla descrizione di queste zone. Gli altipiani, che rappresentano l'originaria crosta lunare, comprendono l'80% della superficie lunare. Essi sono ricoperti, sino al punto di saturazione, da crateri di tutte le dimensioni e di varia morfologia: questa craterizzazione particolare ha prodotto la morfologia basilare degli altipiani. Si ritiene che quasi tutti questi crateri siano il risultato del bombardamento meteoritico che avrebbe avuto luogo in gran parte durante le ultime fasi dell'accrescimento. La vastità dei bacini indica che essi si formarono in seguito all'impatto di corpi aventi un raggio di alcuni chilometri, i cosiddetti ``planetesimali''. Il materiale scagliato via in corrispondenza degli eventi di formazione dei bacini sarebbe stato disseminato ovunque; si pensa che attorno al bacino si sia accumulato in un apprezzabile spessore, che ricopre il terreno sttostante. La morfologia degli altipiani lunari puo' essere compresa pressochè interamente in termini degli effetti del massiccio bombardamento meteorico. Queste regioni sono evidentemente molto antiche, dal momento che la densità superficiale dei crateri è così elevata.

Le regioni dei mari, trovate per la maggior parte sulla faccia visibile della Luna, contrastano considerevolmente con gli irregolari altipiani. Oltre ad essere molto più scuri, i mari sono praticamente piatti e relativamente privi di crateri (ciò è indicativo del fatto che i mari si sono formati in un'epoca più recente rispetto agli altipiani). Il fatto che essi rappresentassero regioni ricoperte dalla lava era sospettato da lungo tempo, ed è stato confermato dall'analisi dei campioni lunari. Gli astronauti hanno prelevato, nel corso delle varie missioni, centinaia di campioni delle varie zone del satellite; in più molti campioni interni della superficie lunare sono stati riportati a terra dalle sonde sovietiche attraverso un sistema di carotaggio, selezionandoli tra una gran varietà di terreni inclusi gli altipiani.

Si pensa che il campione totale riportato a Terra sia un campione rappresentativo della varietà di materiali che si ritiene si trovino sulla Luna. Sui frammenti di superficie lunare sono state svolte molte analisi fisiche, chimiche e di datazione. La misura relativa all'età, effettuata tramite la determinazione delle abbondanze di particolari elementi radioattivi (sia dei progenitori che dei loro prodotti di decadimento), è cruciale per il chiarimento della sequenza di eventi ai quali la Luna è stata soggetta. Dai risultati di queste analisi, dallo studio di una varietà di dati acquisiti da sonde in orbita attorno alla Luna, e dalle informazioni riportate dalle stazioni geofisiche installate sulla Luna dagli astronauti delle missioni Apollo, disponiamo ora di un quadro soddisfacente di come, in generale, la Luna si sia evoluta. L'analisi chimica di campioni di rocce ignee lunari consente una loro suddivisione in tre tipi principali: anortositi ferrose, noriti (cioè rocce riche di Mg) e basalti.

Mentre la composizione in elementi di una roccia non dice molto riguardo alla sua genesi, la composizione in minerali è molto indicativa , e si può pertanto asserire tranquillamente che le noriti ed i basalti hanno un'origine totalmente differente dalle anortositi: i primi due tipi sono il risultato della "fusione parziale" della materia del mantello, mentre le anortositi derivano dala "cristallizazione frazionata". La fusione parziale è il processo attraverso il quale ha luogo gran parte del vulcanismo terestre: i materiali del mantello soggetti riscaldamento in profondità subiscono la fusione di quei costituenti che hanno un basso punto di fusione, e la roccia fusa migrain superficie, dove si raffredda e si solidifica. D'altra parte la cristallizzazione frazionata ha luogo con la fusione totale del materiale in questione, seguita dal successivo raffredamento; la scoperta che gli altipiani lunari, che coprono la maggior parte della superficie lunare, derivano principalmente da un tale processo, ha profonde implicazioni. Le rocce anortositiche degli altipiani non hanno una composizione indicativa di un basso punto di fusione, e furono apparentemente prodotte da un materiale completamente allo stato fuso. Le anortositi contengono un'abbondanza relativamente grande di metalli leggeri, allumino e calcio, ed appaiono essersi formate in seguito alla flottazione di cristalli a bassa densità, mentre aveva luogo il raffreddamento (o, in modo equivalente, l'affondamento della materia più densa ancora allo stato fuso).

Gli altipiani probabilmente si estendono anche sotto i mari. I dati sismici raccolti dalle stazioni geofisiche lasciate sulla Luna, indicano che la crosta lunare (gli altipiani) ha uno spessore fra i 50 ed i 100 chilometri. Si pensa che un tempo l'intera superficie lunare fosse allo stato fuso, fino alla profondità di parecchie centinaia di chilometri, e che da questo oceano di magma ebbe luogo la formazione della crosta anortositica. Le determinazioni di età indicano che le anortositi sono più antiche delle noriti e sensibilmente più antiche anche dei basalti, i quali evidentemente si formarono in seguito, come singoli eventi ignei. L'idea di una fusione superficiale su scala globale è un'idea difficile da interpretare. La fonte di calore responsabile dell'intera superficie è attualmente incerta. La craterizzazione degli altipiani fino alla saturazione, indica che il bombardamento meteoritico che accompagnò gli ultimi stadi della formazione lunare fu intenso; il calore `gravistazionale' prodotto dagli eventi da impatto potrebbe essere stato sufficiente alla fusione globale, se la scala dei tempi per l'accrescimento fosse stata abbastanza breve (le stime indicano una decina di migliaia di anni) da far si che il calore prodotto non avesse tempo sufficiente per essere irradiato. Sono state suggerite altre fonti di riscaldamento, incluso il riscaldamento elettromagnetico per induzione da parte di un intenso campo magnetico solare in rapida rotazione. Anche alcuni elementi radioattivei di vita breve, ed ora decaduti, potrebbero aver avuto un loro ruolo. I campioni di norite riportati dalla Luna sembrano essersi formati in aree isolate entro gli altipiani. Le età derivate da questi campioni indicano che sono alcune centinaia di milioni di anni più giovani delle anortositi degli altipiani (queste sono datate fra i 4.2 e 4.5 miliardi di anni). La materia fusa dalla quale si formarono le noriti fu evidentemente creata in profondità e migrò verso l'alto. L enoriti sono caratterizzate da una grande abbondanza di elementi radioattivi (uranio, torio e potassio-40) ed altri elementi rari. I basalti lunari sono le rocce più recenti, generalmente con età comprese fra i 3 e i 4 milardi di anni, sebbene studi di geologia fotografica che si basano sulla densità di crateri suggeriscano che alcuni mari siano significativamente più recenti. Come nel caso dei basalti terrestri, quelli lunari sembrano essersi formati in seguito alla fusione parziale del mantello superiore.

Successivamente all'epoca di formazione dei mari vi è stata assai poca evoluzione geologica sulla Luna, a parte la formazione di ulteriori crateri da impatto con una frequenza sempre minore. La storia lunare può essere allora così riassunta:

  1. accrescimento e successiva fusione globale
  2. separazione crostale e concomitante bombardamento meteoritico massiccio
  3. fusione parziale in profondità e `messa in posto' delle noriti
  4. bombardamento in diminuzione, ulteriore fusione in profondità e successiva `messa in posto' dei basalti dei mari
  5. cessazione del vulcanismo e graduale raffreddamento interno

L'evidenza sperimentale riguardante lo stato attuale dell'interno della Luna è stata ricavata dall'analisi dei dati sismici raccolti dalle stazioni geofisiche presenti sul territorio lunare. Questi dati indicano che l'interno della Lunda è solido fino ad una porfondità di circa 1000 chilometri, forse con un centro ancora allo stato fuso.

La sismicità della Luna è estremamente bassa ma, poichè la superficie lunare, priva di venti, rappresenta una collazione ideale per un sismografo, è stato possibile installare strumenti di grandissima sensibilità e registrare un gra numero di terremoti molto lievi. La mggior parte di essi ha origine a grandi profondità, apparentemente vicino al confine fra la litosfera (zona solida) e la parte centrale meno rigida. I terremoti mostrano una periodicità di 28 giorni, dovuta all'interazione mareale con la Terra.

La Luna ha una forte asimmetria dovuta al fatto che il suo centro è spostato di circa due chilometri rispetto al centro di massa. L'interpretazione più semplice di questa osservazione è che la crosta (più leggera) sulla faccia visibile dalla Terra sia più sottile di quella che si trova sulla faccia nascosta (il centro di massa è spostato verso la Terra e ad est). Questa asimmetrica può essere la conseguenza di una disomogeneità chimica all'epoca dell'accrescimento: ciò, alla fine, può aver portato alla formazione dei mari sulla faccia visibile della Luna e praticamente alla loro assenza sulla faccia opposta.

Così come l'interno della Luna è quello di un pianeta 'morto', anche la superficie è geologocamente e biologicamente morta. Non si è trovata materia organica nei campioni riportati dalla Luna. La cosa più impressionante è stata la totale assenza di acqua in qualche legame chimico fra i campioni di roccia lunari. La Luna è assai povera di sostanze volatili inclusi gli elementi più volatili del ferro. Anche il ferro non è molto presente, cosa che già si intuiva prima delle missioni spaziali dalle stime di densità lunari. La scarisità di materiali volatili si accompagna ad una considerevole riccehzza di materia refrattaria (con elevato punto di fusione), inclusi gli ossidi di calcio, di alluminio e di titanio ed altri elemnti minori.

Conclusioni: poichè i pianeti di tipo terrestre ( Mercurio, Venere, Terra, Marte) si devono essere formati nella nebulosa solare per aggregazione di piccoli frammenti minerali, cominciando da quelli a più elevato punto di fusione (che perciò solidificarono a temperature più alte), è probabile che in un primo tempo attorno alla Terra siano rimasti dei frammenti minerali e che in una seconda fase tali frammenti si siano aggregati nell'unico satellite terrestre. In definitiva la Luna non si è staccata dalla Terra, non è memmeno stat catturata da quest'ultima quando già era un pianeta, ma si è formata nella stessa zona del sistema solare. Questa è però solo una teoria su tante. Ultima nota: sulla Luna non esiste campo magnetico.


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