Röntgenkiired valgustavad Kuu sisemust

Erinevalt Maast pole meie Kuul aktiivseid vulkaane. Jäljed vulkaanide aktiivsusest Kuul ulatuvad miljardite aastate taha. See tõsiasi on üllatav hiljutise avastuse valguses: Moonquake’i andmetel on Kuu sisemuses küllaldaselt vedelat magmat ja osa seal asuvatest kivimitest arvatakse sulanud olevat. Teadlased tegid nüüd kindlaks pinnal valitseva rahu põhjuse – sügaval Kuu sisemuses asuvad sulanud kivimid võivad olla pinnale tõusmiseks liiga tihedad.

Oma eksperimentide tarbeks valmistasid teadlased Apollo missioonide käigus korjatud kuukividest koopiad ning sulatasid need sama ülikõrgetel rõhkudel ja temperatuuridel, mis valitsevad Kuu sisemuses. Seejärel mõõtsid teadlased võimsate röntgenkiirte abil kivimite tihedusi. Uurimustöö tulemused avaldati teadusajakirja Nature Geoscience veebruarikuu numbris. Uurimustööd läbi viinud rahvusvahelist teadustöö meeskonda juhtisid Mirjam van Kan Parker ja Wim van Westrenen VU Amsterdami Ülikoolist, kirjutab ScienceDaily.com.

Kuu moodustumine ja geoloogiline ajalugu on osaliselt saladuskatte all siiani, viis aastakümmet peale Apollo missioone. Astronaudid tõid Maale 380 kg Kuu kive ning paigaldasid Kuu pinnale mitmeid teaduslikke instrumente. Eelmisel aastal avaldasid NASA teadlased uue mudeli Kuu sisemusest, mille tarbeks nad kasutasid Moonquake’i andmeid Apollo-ajastu seismomeetritelt. Renee Weber väitis koos kolleegidega, et Kuu vahevöö sügavaimal paiknevad osad, mis piiravad väikest metallilist tuuma, on osaliselt sulanud – kokku kuni 30 protsendi ulatuses. Maal kalduvad seesugused magmakehad liikuma pinna suunas, mis võib põhjustada vulkaanipurskeid. Kui aga sügaval Kuu sisemuses leidub nõnda palju magmat, siis miks ei ole võimalik selle pinnal näha suurejoonelisi vulkaanipurskeid?

Magma paneb vertikaalselt liikuma tiheduse erinevus magma ja ümbritseva aine vahel, mis surub magma aeglaselt ülespoole. Mida kergem on vedel magma, seda raevukam on ülespidine liikumine. Kuu magma tiheduse määramiseks sünteesis Wim van Westrenen oma kolleegidega Amsterdami laboris kuukive. Selleks kasutasid nad Apollo näidistelt tuletatud koostist „retseptina“. Kuu tuuma lähedal valitsevad rõhud üle 45 000 baari ja temperatuurid üle 815 ^oC. Neid ekstreemseid tingimusi on võimalik väikeste näidiste puhul esile kutsuda: näidiseid  kuumutatakse kõrge elektrivooluga, survestades neid samaaegselt pressi all. Kõrge rõhu ja temperatuuri tingimustes oli rõhku võimalik mõõta ESRF-i võimsa sünktrotron röntgenkiire abil, mis läbis nii tahket kui sulanud näidist. „Pidime selles eksperimendis kasutama maailma parimat röntgenkiirt, kuna magma näidi oli väga väike ning suletud massiivsesse, suure neelduvusega mahutisse. Ilma ereda röntgenkiireta pole võimalik neid tiheduse muutusi mõõta,“ sõnas ESRF-i teadlane Mohamed Mezouar.

ESRF-is läbi viidud mõõtmised ühendati arvutisimulatsioonidega, et arvutada magma tihedus Kuu igas asukohas. Pea kõik Kuu magmad leiti olevat oma tahkest ümbrusest vähem tihedad, sarnaselt Maale. Seejuures on üks oluline erand: väikesed titaanirikka klaasi piisad, mis leiti esmakordselt Apollo 14 missiooni käigus, tekitavad Kuu vahevöö sügavaimates osades leiduvate kivimitega sama tihedusega magmat. See magma pinna suunas ei liiguks.

Selline titaanirikas magma võib moodustuda ainult titaanirikaste tahkete kivimite sulamisel. Eelnevad eksperimendid on näidanud, et seesugused kivimid moodustusid pinnalähedastel madalatel tasemetel kohe peale Kuu formatsiooni. Siit tekib aga küsimus, kuidas need nii sügavale vahevöösse sattusid. Teadlased järeldasid, et Kuu varases ajaloos pidid ilmnema suured vertikaalsed liikumised, mille käigus titaanirikkad kivid alanesid pinna lähedalt vahevöö ja tuuma piirini välja. „Peale alanemist moodustus neist pinnalähedastest kivimitest titaanirikas magma ja kogunes vahevöö alaosasse, justkui tagurpidine vulkaan. Tänapäeval jätkab Kuu jahtumist, kuna selle sisemuses on sulameid. Kauges tulevikus muudab jahedam ja seega tahkem sulam koostist. Selle tihedus muutub tõenäoliselt ümbritsevast väiksemaks. Selline kergem magma võiks taas liikuda üles pinnale, moodustades Kuul aktiivse vulkaani. Oleks see vast vaatepilt! Hetkel on see aga vaid hüpotees rohkemate eksperimentide jaoks,“ sõnas Wim van Westrenen.

Allikas

Teadusartikkel: „Neutral buoyancy of titanium-rich melts in the deep lunar interior“