De maan van de aarde had een moeilijke start in het leven. Gevormd uit een stuk van de aarde dat werd afgehakt tijdens een planetaire botsing, het bracht zijn vroege jaren door onder een kolkende wereldwijde oceaan van gesmolten magma voordat het afkoelde en het serene oppervlak vormde dat we vandaag kennen.

Een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Texas aan de Austin Jackson School of Geosciences ging naar het laboratorium om de magmatische smelt te recreëren die ooit het maanoppervlak vormde en ontdekte nieuwe inzichten over hoe het moderne maanlandschap is ontstaan. Hun studie toont aan dat de korst van de maan aanvankelijk werd gevormd door gesteente dat naar het oppervlak van de magma-oceaan dreef en afkoelde. Echter, het team ontdekte ook dat een van de grote mysteries van de vorming van het maanlichaam - hoe het een korst kon ontwikkelen die uit slechts één mineraal bestond - niet kan worden verklaard door de initiële korstvorming en het resultaat moet zijn geweest van een secundaire gebeurtenis.

De resultaten werden op 21 november gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek:Planeten .

"Het is fascinerend voor mij dat er een lichaam zo groot als de maan zou kunnen zijn dat volledig gesmolten was, " zei Nick Dygert, een assistent-professor aan de Universiteit van Tennessee, Knoxville die het onderzoek leidde terwijl hij een postdoctoraal onderzoeker was in de afdeling Geologische Wetenschappen van de Jackson School. "Dat we deze eenvoudige experimenten kunnen uitvoeren, in deze kleine kleine capsules hier op aarde en eerste orde voorspellingen doen over hoe zo'n groot lichaam zou zijn geëvolueerd, is een van de echt opwindende dingen over minerale fysica."

Dygert werkte samen met Jackson School Associate Professor Jung-Fu Lin, Professor James Gardner en Ph.D. student Edward Marshall, evenals Yoshio Kono, een beamline-wetenschapper bij het Geophysical Laboratory van de Carnegie Institution of Washington.

Grote delen van de maankorst bestaan ​​voor 98 procent uit plagioklaas, een soort mineraal. Volgens de heersende theorie, die de studie in twijfel trekt, de zuiverheid is te wijten aan plagioklaas dat gedurende honderden miljoenen jaren naar het oppervlak van de magma-oceaan drijft en stolt in de korst van de maan. Deze theorie hangt af van de magma-oceaan met een specifieke viscositeit, een term die verband houdt met de "gooiheid" van het magma, " waardoor plagioklaas zich kan scheiden van andere dichte mineralen waarmee het kristalliseerde en naar de top zou stijgen.

Dygert besloot de aannemelijkheid van deze theorie te testen door de viscositeit van maanmagma rechtstreeks te meten. De prestatie omvatte het opnieuw creëren van het gesmolten materiaal in het laboratorium door het smelten van minerale poeders in maanachtige verhoudingen in een hogedrukapparaat in een synchrotron-faciliteit, een machine die een geconcentreerde bundel röntgenstralen met hoge energie afvuurt, en dan de tijd meten die nodig was voor een smeltbestendige bol om door het magma te zinken.

"Eerder, er waren geen laboratoriumgegevens om modellen te ondersteunen, "Zei Lin. "Dus dit is echt de eerste keer dat we betrouwbare experimentele laboratoriumresultaten hebben om te begrijpen hoe de korst en het interieur van de maan zijn gevormd."

Uit het experiment bleek dat de magmasmelt een zeer lage viscositeit had, ergens tussen die van olijfolie en glucosestroop bij kamertemperatuur, een waarde die plagioklaas flotatie zou hebben ondersteund. Echter, het zou ook hebben geleid tot vermenging van plagioklaas met het magma, een proces dat andere mineralen zou opsluiten tussen de plagioklaaskristallen, het creëren van een onzuivere korst op het maanoppervlak. Omdat op satellieten gebaseerde onderzoeken aantonen dat een aanzienlijk deel van de korst op het oppervlak van de maan zuiver is, een secundair proces moet de maan opnieuw hebben opgedoken, het blootleggen van een diepere, jonger, zuiverdere laag drijfkorst. Dygert zei dat de resultaten een "omkering van de korst" op het maanoppervlak ondersteunen, waar de oude gemengde korst werd vervangen door jonge, drijvend, hete afzettingen van pure plagioklaas. De oudere cruse kan ook zijn weggeërodeerd door asteroïden die op het oppervlak van de maan inslaan.

Dygert zei dat de resultaten van het onderzoek illustreren hoe kleinschalige experimenten kunnen leiden tot grootschalig begrip van geologische processen die planetaire lichamen bouwen in ons zonnestelsel en anderen.

"Ik beschouw de maan als een planetair laboratorium, "Zei Dygert. "Het is zo klein dat het snel afkoelde, en er is geen atmosfeer of platentektoniek om de vroegste processen van planetaire evolutie weg te vagen. De hier beschreven concepten kunnen van toepassing zijn op zowat elke planeet."