Het is meer dan 50 jaar geleden sinds de Apollo-missies, en in die tijd, chemische analyses van de teruggevonden maanmaterialen hebben een revolutie teweeggebracht in ons begrip van planetaire materialen. Een van de belangrijkste bevindingen als resultaat van dit onderzoek is de erkenning dat de maan uitzonderlijk uitgeput is in bepaalde vluchtige elementen, en dat deze maanstenen ook grote chemische anomalieën vertonen, in tegenstelling tot alles wat op aarde te zien is.

In nieuw onderzoek, geschreven door de afgestudeerde student Tony Gargano van de Universiteit van New Mexico en wetenschappers van UNM's Center for Stable Isotopes, in samenwerking met wetenschappers van NASA's Johnson Space Center, onderzoekers gericht op chemische analyses van halogenen, of de zeer reactieve elementen F, kl, Br, en ik (fluor, chloor, broom, en jodium). Ze ontdekten dat maanmaterialen uitzonderlijk uitgeput zijn in deze elementen, met ongewoon grote hoeveelheden van de zware vorm (stabiele isotoop) van chloor, die ze verklaren als gevolg van de maanvormende gigantische impact. De studie van deze vluchtige elementen en isotopensystemen helpt wetenschappers om de chemische evolutie van planeten beter te begrijpen. Het rapport is vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), getiteld "Chloor-isotoopsamenstelling en halogeengehalte van Apollo-retourmonsters."

Gargano zegt, "Als we proberen te begrijpen hoe planeten ontstaan ​​en hoe het leven erop kan worden gehandhaafd, we houden ons bezig met het behoud van bepaalde elementen die nodig zijn voor het leven, zoals waterstof, of water, maar we weten ook dat we er een paar moeten verliezen, zoals Cl, dat in hoge concentraties giftig kan zijn voor het leven. De maan is een casestudy voor hoe vluchtige elementen worden verwerkt tijdens de planetaire evolutie - we hebben een overvloedige reeks monsters van stenen verzameld door de astronauten tijdens de Apollo-missies waarmee we deze ideeën en processen kunnen testen."

Professor Zachary Sharp, bij de UNM-afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen, en Gargano's adviseur, zegt, "De chloorisotoopsamenstelling van deze rotsen is anders dan alles wat we ooit hebben gezien, en het is belangrijk om erachter te komen hoe deze elementen in de loop van de tijd verloren gaan."

Aanvullend, Gargano ontving een NASA Graduate Fellowship en bracht tijd door in NASA's Johnson Space Center met planetaire wetenschapper Justin Simon die aanvullende analyses uitvoerde met behulp van instrumentatie in NASA's Center for Isotope Cosmochemistry &Geochronology Lab (CICG), een laboratorium dat een grote verscheidenheid aan elementen en hun isotopen meet om de oorsprong van het zonnestelsel te begrijpen, de processen die nevelstof en gas transformeerden in de bouwstenen van planeten, en planeetvorming.

Het UNM- en NASA-team hebben samen een methode ontwikkeld om het gehalte aan sporenhalogeen in planetaire materialen te analyseren en de hoeveelheid fluor, chloor, broom en jodium in maanmonsters. specifiek, ze analyseerden maanrotsen die bekend staan ​​als merriebasalt en de ferroanorthosites. Ze ontdekten dat deze rotsen een zeer laag halogeengehalte hebben naast ongewoon grote hoeveelheden van de zware isotoop van chloor.

De onderzoekers leggen uit dat de maanvormende gigantische impact leidde tot de gewelddadige verdrijving van Cl en andere halogenen die bijdroegen aan de unieke chemische samenstelling van gesteenten van de maan. Gargano legt de betekenis van dit werk uit:"We weten dat de hoeveelheid chloor die verloren gaat van een planeet gedurende de geschiedenis van de vorming, wordt weerspiegeld in de Cl-isotoopsamenstelling van gesteenten uit dat lichaam. Uiteindelijk, alles begon met dezelfde originele materialen die aanwezig waren aan het begin van het zonnestelsel, maar verschillende planeten hebben verschillende chemische evoluties ondergaan die resulteren in verschillende chemische samenstellingen die we vandaag kunnen meten."

Gargano's adviseurs, naast Scherp, omvatten Charles Shearer in het Instituut voor Meteoritica, die beiden de eersten waren die chloorisotopen in maanstenen maten. Gargano et al. breidden dit baanbrekende onderzoek uit.

"We gebruikten een massaspectrometer in ons laboratorium van UNM's Center for Stable Isotopen om deze metingen te doen van maanmonsters verzameld door Apollo-astronauten, "zei Gargano. "Het belangrijke feit is dat we een reeks rotsen hebben gebruikt die ferroanorthosites worden genoemd, enkele van de oudste rotsen die we hebben die de vroegste stadia van de evolutie van de maan registreren. Deze rotsen, wat het witte deel van de maan is dat je vanaf de aarde kunt zien, bevatten niet het mineraal apatiet, dat is grotendeels wat is gemeten sinds het eerste werk van Sharp in 2010."

De auteurs ontdekten ook dat maanapatiet (een mineraal met grote hoeveelheden chloor) veel hogere chloorisotoopwaarden heeft in vergelijking met het hele bulkgesteente. Sharp legt deze betekenis uit:"Veel wetenschappers hebben zich eerder gericht op in-situ metingen van laatkristalliserend apatiet vanwege het gemak van analyse en bulk-gesteente-chloorisotoopmetingen zijn beperkt, met weinig vergelijkingen met de in-situ metingen uitgevoerd op apatiet."

"Deze bulkmetingen van chloorisotoop zijn moeilijk en zijn alleen door Zach en ik uitgevoerd op maanmaterialen, ' zegt Gargano.

"Het fascinerende deel waren de isotopengegevens en wat het ons vertelde over hoe de maan devolatiseert en afkoelt, " voegt Sharp toe. "We weten dat het een gevolg is van de gigantische inslag tussen de proto-aarde en de maan die tijdens die gebeurtenis een massaoverdracht veroorzaakte. Het zijn zeer ongebruikelijke gegevens en roept de vraag op:waarom gebeurt het op de maan en niet op de aarde?"