นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าการเยือกแข็งของมหาสมุทรแมกมาที่ ‘เฉอะแฉะ’ อาจเป็นตัวกำหนดองค์ประกอบของเปลือกโลกของดวงจันทร์ได้อย่างไร
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และ Ecole normale supérieure de Lyon ได้เสนอรูปแบบการตกผลึกรูปแบบใหม่ โดยที่คริสตัลยังคงแขวนลอยอยู่ในแมกมาเหลวเป็นเวลาหลายร้อยล้านปีในขณะที่ “โคลน” ของดวงจันทร์แข็งตัวและแข็งตัว รายงาน ผลการวิจัยใน วารสาร Geophysical Research Letters
กว่าห้าสิบปีที่แล้ว นักบินอวกาศอพอลโล 11 ได้เก็บตัวอย่างจากที่ราบสูงบนดวงจันทร์ บริเวณดวงจันทร์สีซีดที่มีขนาดใหญ่เหล่านี้ ซึ่งมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ประกอบขึ้นจากหินที่ค่อนข้างเบาซึ่งเรียกว่าอะนอร์โธไซต์ Anorthosites ก่อตัวขึ้นในช่วงต้นของประวัติศาสตร์ของดวงจันทร์ ระหว่าง 4.3 ถึง 4.5 พันล้านปีก่อน
anorthosites ที่คล้ายกันซึ่งเกิดขึ้นจากการตกผลึกของหินหนืด สามารถพบได้ในห้องหินหนืดที่กลายเป็นซากดึกดำบรรพ์บนโลก อย่างไรก็ตาม การผลิตอะนอร์โธไซต์จำนวนมากบนดวงจันทร์นั้น จะต้องมีมหาสมุทรแมกมาขนาดใหญ่ทั่วโลก
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นเมื่อดาวเคราะห์กำเนิดสองดวงหรือโลกของตัวอ่อนชนกัน ดาวเคราะห์น้อยสองดวงที่ใหญ่กว่านี้กลายเป็นโลก และดาวเคราะห์ที่เล็กกว่าก็กลายเป็นดวงจันทร์ ผลลัพธ์ประการหนึ่งของการชนนี้คือ ดวงจันทร์ร้อนมาก ร้อนมากจนเสื้อคลุมทั้งหมดเป็นแมกมาหลอมเหลว หรือมหาสมุทรแมกมา
ผู้เขียนร่วม Chloé Michaut จาก Ecole normale supérieure กล่าวว่า “ตั้งแต่ยุคอพอลโล เปลือกดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นจากผลึกอะนอร์ไทต์เบาที่ลอยอยู่บนผิวมหาสมุทรแมกมาเหลว โดยมีผลึกที่หนักกว่าแข็งตัวที่พื้นมหาสมุทร เดอ ลียง. “แบบจำลอง ‘ลอย’ นี้อธิบายว่าที่ราบสูงบนดวงจันทร์อาจเกิดขึ้นได้อย่างไร”
อย่างไรก็ตาม นับตั้งแต่ภารกิจของอะพอลโล อุกกาบาตบนดวงจันทร์จำนวนมากได้รับการวิเคราะห์และมีการศึกษาพื้นผิวของดวงจันทร์อย่างละเอียดถี่ถ้วน อะนอร์โธไซต์บนดวงจันทร์มีองค์ประกอบต่างกันมากกว่าตัวอย่างอะพอลโลดั้งเดิม ซึ่งขัดแย้งกับสถานการณ์ลอยตัวที่มหาสมุทรของเหลวเป็นแหล่งรวมของอะนอร์โธไซต์ทั้งหมด
ช่วงอายุของแอนโธไซต์ – มากกว่า 200 ล้านปี – เป็นเรื่องยากที่จะคืนดีกับมหาสมุทรของแมกมาเหลวโดยพื้นฐานแล้วซึ่งมีเวลาแข็งตัวในลักษณะเฉพาะใกล้ 100 ล้านปี
ศาสตราจารย์เจอโรม นอยเฟลด์ ผู้ร่วมวิจัย จากภาควิชาของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์กล่าวว่า “เมื่อพิจารณาจากช่วงอายุและองค์ประกอบของอะนอโธไซต์บนดวงจันทร์ และสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับผลึกที่ตกตะกอนในหินหนืดที่แข็งตัวแล้ว เปลือกนอกของดวงจันทร์ต้องก่อตัวขึ้นจากกลไกอื่นๆ คณิตศาสตร์ประยุกต์และฟิสิกส์เชิงทฤษฎี
Michaut และ Neufeld ได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อระบุกลไกนี้
ในแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ต่ำ การตกตะกอนของผลึกเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถูกกวนอย่างแรงโดยมหาสมุทรแมกมาที่หมุนเวียน หากผลึกยังคงลอยตัวเป็นสารละลายผลึก เมื่อปริมาณผลึกของสารละลายสูงกว่าเกณฑ์วิกฤต สารละลายจะข้นและเหนียว และการเสียรูปจะช้า
ปริมาณคริสตัลที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นได้มากที่สุดใกล้พื้นผิว ซึ่งมหาสมุทรแมกมาที่เฉอะแฉะถูกทำให้เย็นลง ส่งผลให้ภายในที่เปียกโชกที่ร้อนและผสมกันอย่างดี และ ‘ฝา’ ของดวงจันทร์ที่เต็มไปด้วยคริสตัลที่เคลื่อนไหวช้าและเต็มไปด้วยคริสตัล
“เราเชื่อว่ามันอยู่ใน ‘ฝาปิด’ ที่นิ่งนิ่งนี้เองที่เปลือกนอกของดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นเมื่อหลอมเหลวที่อุดมด้วย anorthite ที่มีน้ำหนักเบาและซึมซาบจากสารละลายผลึกที่พาความร้อนด้านล่าง” Neufeld กล่าว “เราแนะนำว่าการเย็นตัวของมหาสมุทรแมกมาในยุคแรกนั้นทำให้เกิดการพาความร้อนที่รุนแรงจนคริสตัลยังคงลอยตัวเป็นของเหลว เหมือนกับผลึกในเครื่องจักรที่เฉอะแฉะ”
หินพื้นผิวดวงจันทร์ที่เสริมคุณค่าแล้วน่าจะก่อตัวขึ้นในห้องหินหนืดภายในฝา ซึ่งอธิบายถึงความหลากหลาย ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าระยะเวลาของการก่อตัวของเปลือกโลกบนดวงจันทร์คือหลายร้อยล้านปี ซึ่งสอดคล้องกับอายุที่สังเกตได้ของแอนโธไซต์บนดวงจันทร์
ครั้งแรกที่เสนอ magmatism ต่อเนื่องเป็นกลไกที่เป็นไปได้สำหรับการก่อตัวของ anorthosites บนดวงจันทร์ แต่ในที่สุดแบบจำลองที่เฉอะแฉะก็กระทบยอดแนวคิดนี้กับของมหาสมุทรแมกมาบนดวงจันทร์ทั่วโลก
การวิจัยได้รับการสนับสนุนจาก European Research Council
Jerome Neufeld ยังสังกัดภาควิชาธรณีศาสตร์อีกด้วย เขาเป็นเพื่อนของวิทยาลัยทรินิตี
อ้างอิง:
Chloé Michaut และ Jerome A. Neufeld ‘ การก่อตัวของเปลือกโลกหลักบนดวงจันทร์จากมหาสมุทรแมกมาที่เฉอะแฉะที่มีอายุยืนยาว ‘ จดหมายวิจัยธรณีฟิสิกส์ (2022). ดอย: 10.1029/2021GL095408
ดัดแปลงมาจาก ข่าวประชาสัมพันธ์ของENS-Lyon
