Origen de la Luna

Simulación de A.G.W. Cameron Copyright © 1997 by Academic Press

Un equipo de científicos data el origen de la Luna  Origen de la Luna: la hipótesis del Gran Impacto. A. G. W. Cameron. (fragmentos de ICARUS 126, 126-137. 1997)  Formación de la Luna a partir de un disco generado por impacto. Shigeru Ida, Robin M. Canup and Glen R. Stewart. (fragmentos de Nature. 1997)  ¿Por qué está inclinado el plano orbital de la Luna?

Un equipo de científicos data el origen de la Luna

El "Gran Choque" interplanetario entre la Tierra y otro objeto tuvo lugar unos 50 millones de años después del comienzo de la formación del sistema solar, según Alexander N. Halliday, profesor de geología.

En un artículo publicado el 7 de noviembre de 1997 en Science, Halliday y Der-Chuen Lee, de la universidad de Michigan, y Gregory A. Snyder y Lawrence A. Taylor, de la universidad de Tennessee, explican cómo analizaron los isótopos de tunsgteno en muestras de rocas lunares para desvelar los secretos sobre el origen de la Luna.

"Los datos indican que la Luna se formó hace 4500 - 4520 millones de años. La proporción entre isótopos de tungsteno encontrada en la Luna apoya la hipótesis de que se formó a partir de la Tierra, o por el choque con la Tierra de un gran objeto de composición química similar a la de nuestro planeta", dijo Halliday.

"Las simulaciones del Gran Impacto indican que en el joven planeta Tierra debieron producirse temperaturas altísimas, por encima de los 10.000 grados K, que provocarían fusión de las rocas y mezcla a escala global", dijo Der-Chuen Lee. "El calor y la energía asociados a la formación de la Luna debieron influir también en la producción de los mares de magma".

Los científicos piensan que los planetas de nuestro sistema solar se formaron hace unos 4.570 millones de años a partir de los restos de la gran nube de gas y polvo interestelar que dió lugar al Sol. La Tierra y los demás planetas rocosos del sistema solar interior fueron creciendo gradualmente a lo largo de millones de años, a medida que capturaban materiales de la nube protoplanetaria mediante su atracción gravitatoria.

Halliday y Lee usaron una técnica conocida como "espectrometría de masas en plasma acoplado por inducción con colector múltiple" para medir las minúsculas cantidades de isótopos de tungsteno en 21 muestras lunares. "Como el hafnio-182 se desintegra dando tungsteno-182, con un periodo de semi-desintegración de 9 millones de años, es posible datar muestras a partir de las proporciones de isótopos", dijo Halliday.

El proyecto de investigación había sido financiado por el U.S. Department of Energy, la NASA, la National Science Foundation y la University of Michigan. Gregory A. Snyder y Lawrence A. Taylor, del University of Tennessee's Planetary Geosciences Institute colaboraron en las investigaciones y en la publicación del artículo.

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News Release: November 10, 1997 (8)

Preguntas & Respuestas

Jega Arulpragasam:
No acabo de ver como funciona esto. ¿Cómo se averigua la proporción original entre hafnio-182 y tungsteno-182?  Sin este dato, me parece que no es posible determinar qué proporción del hafnio original se ha desintegrado.

Antonio Parra:
La proporción 'original' de Hafnio-182/Tungsteno-182 es 1/0. Todo el tungsteno-182 presente en las rocas lunares proviene de la desintegración del Hafnio.

Jega Arulpragasam:
Gracias, Toni.  Esto permite, desde luego, determinar la edad de una muestra a partir de las proporciones de isótopos  --  pero también sería posible a partir de cualquier proporción Hf-182:W-182 'original' conocida, distinta de 0:1.  :-)  De todas formas, lo que me gustaría saber es cómo se llega a averiguar que la proporción original era 1:0?. Por ejemplo, si los materiales de la Luna fueron expulsados de la Tierra por choque con un objeto del tamaño de Marte cuando la Tierra ya llevaba tiempo formada, las proporciones isotópicas actuales medirían la edad de la Tierra, y no de la Luna, incluso suponiendo la misma proporción original

Antonio Parra:
La mayor parte de los minerales de las rocas magmáticas 'escogen' los átomos de la fase líquida cuando cristalizan. El proceso de cristalización es selectivo. Si un zircón contiene uranio en cierta proporción 'y nada de plomo', todo el Pb producido por desintegración aparecerá 'donde no le corresponde'.
 

Antonio Parra:
Me gustaría hacerle algunas preguntas:
En News Release del 10 de noviembre de 1997,  usted afirmaba: "Como el hafnio-182 se convierte en tungsteno-182 al desintegrarse, con una vida media de 9 millones de años, es posible determinar las edades relativas de materiales a partir de sus proporciones isotópicas"
1. ¿Qué minerales contienen hafnio-182?
2. ¿Cual es la proporción original  hafnio-182 / tungsteno-182 cuando se cierra la red cristalina?
    ¿1/0 quizá?

Alex Halliday:
Querido Tony,

Las proporciones isotópicas del tungsteno en un material serán función del tiempo transcurrido desde su formación, del cociente Hf/W en dicho material y en el material a partir del que se formó, y de las proporciones isotópicas originales. No es nada sencillo...
El periodo de semidesintegración es suficientemente corto como para limitar las posibles aplicaciones de esta técnica al estudio de los primeros 100 millones de años de la historia del Sistema Solar. El 182Hf en el Sistema Solar primitivo se debió comportar químicamente de forma similar a los demás isótopos de Hf. Generalmente, el Hf tiende a acumularse en los mismos minerales que el Zr. En una roca ígnea, el Hf se comportará como un "elemento incompatible", incapaz de substituir a otros elementos en los procesos de fusión y cristalización, a no ser que se forme zircón (ZrSiO4), y acabará acumulándose en los minerales que se formen a partir de los últimos líquidos en cristalizar. Por tanto, la "proporción original" es directamente proporcional al cociente en peso Hf/W, o fracción molar del mineral, y al tiempo transcurrido. No será 1 porque inicialmente ya había W, y no será 0 porque también había 182Hf presente.

Espero que esto te sea de ayuda.

Alex

Compañeros de la lista Astro,
     Admito que el informe que Ron Baalke envió a la lista el 11 de noviembre de 1997 era algo impreciso en lo que se refiere a la técnica de datación empleada por Lee, Halliday, Snyder, y Taylor [Science 278, 1098-1103, 1997 November 7] con muestras lunares y a su aplicación a la formación de la Luna.
     La analogía con el método de datación por 238U-206Pb a que aludía Leigh Palmer el 13 de noviembre de 1997 no viene al caso ahora, ya que el 238U es un radionúclido duradero.  Este método, como todos los que se basan en la radioactividad primaria natural (U235-207Pb, 232Th-208Pb, 87Rb-87Sr, 40K-40Ar, 147Sm-143Nd, 187Re-187Os), determinan el tiempo transcurrido desde el momento de la diferenciación química hasta el presente.  182Hf, como 129I, 244Pu, 26Al, 53Mn, y 146Sm, son radionúclidos naturales de vida corta, que desaparecen totalmente.
     Tampoco es cierto que la proporción inicial 182Hf/182W fuese 1/0 y que todo el 182W presente en las rocas lunares provenga de la desintegración del Hf, [Antonio Parra, 13 de noviembre, 1997].  En todas las muestras se debía hallar presente originalmente tanto W normal como 182W, y un aspecto esencial de los análisis consiste en averiguar cuál es la proporción original de 182W.
     Los análisis pretendían determinar tanto la proporción de 182W/184W como la de 180Hf/184W para cada muestra.  Las rocas con un cociente Hf/W elevado darán lugar a más W182 que las que tienen Hf/W bajo.  Haciendo un gráfico de 182W/184W en función de 180Hf/184W, las muestras con la misma historia cronológica, es decir, que se separaron al mismo tiempo de la materia de procedencia, quedarán representadas por puntos colocados sobre una línea recta: una isocrona.  La pendiente de la isocrona corresponde a la proporción de 182Hf/180Hf en el momento de la separación, y la intersección corresponde a la proporción inicial de 182W/184W en el tungsteno presente.
     Algunas de las muestras lunares (incluyendo un meteorito de origen lunar encontrado en la Antártida) estudiadas por Lee y otros tres colaboradores tienen una composición isotópica para el tungsteno similar a la de los meteoritos condríticos, es decir, no tienen 182W en exceso.  De todas formas, muchas de ellas presentan un exceso de 182W estadísticamente significativo, lo cual indica que cuando se separaron del cuerpo original, todavía quedaba algo de 182Hf "vivo", por desintegrar. Los puntos dispersos a lo largo de la isocrona indican que se produjo una cierta diferenciación tras la separación principal que "puso en marcha el cronómetro".  La mejor isocrona obtenida se obtuvo con tres muestras de vidrio volcánico anaranjado.  La pendiente corresponde a una proporción inicial 182Hf/180Hf de 5.9 +/- 2.3 X 10^-6 y la intersección corresponde a una composición inicial 182W/184W fundamentalmente condrítica.
     El razonamiento cronológico seguido no es muy rectilíneo, pues depende de suposiciones relativas a la nucleosíntesis del 182Hf, del tiempo transcurrido desde la formación del Sistema Solar y de la Tierra, y de la forma y momento en que se produjo la diferenciación principal. Lee no discute la nucleosíntesis en su artículo, simplemente afirma que la proporción inicial de 182Hf/180Hf en la mayor parte del Sistema Solar era 2.4 +/- 0.6 X 10^-4, sin dar más explicaciones ni demostración alguna: sólo hace referencia a un par de artículos previos de Lee y Halliday. Se trataría de la proporción teórica cuando se produjo la síntesis en una supernova cercana, que habría provocado la condensación de la Nebulosa Solar, en un periodo de pocos millones de años o incluso menos.
     Entre los distintos modelos de formación del sistema Tierra-Luna, Lee se inclina por la hipótesis del impacto de un cuerpo del tamaño de Marte con la Tierra, que habría producido una Luna casi totalmente fundida con un Hf/W mayor que el del material condrítico a partir del que se originó la Tierra, y quizá también que el del otro cuerpo.  Cualitativamente, la presencia de 182Hf radiactivo indica que este suceso tardó en producirse menos de 10 veces el tiempo de semidesintegración (vida media) del 182Hf, que es de 9 millones de años (m.a.), es decir unos 90 m.a.  La pendiente de la isocrona del vidrio anaranjado sugiere unos 54 m.a., 6 veces la vida media del 182Hf. Las edades calculadas para las distintas muestras oscilan entre 40 y 67 m.a. El valor medio es 53 +/- 4 m.a.
     Los autores concluyen, "Según estos datos, calculamos que la Luna se formó y diferenció unos 50 m.a. después del inicio de la formación del Sistema Solar, hace 4.500 - 4.520 millones de años."  Según parece, dan por sentado que el Sistema Solar se formó hace 4.560 +/- 0.01 millones de años, según las dataciones efectuadas mediante radioactividad natural primaria en meteoritos primitivos.
                                     Truman

Truman P. Kohman, Department of Physics,         FAX: 412/681-0648
Carnegie-Mellon University, Pittsburgh, PA 15213 USA
Internet: tk11+@andrew.cmu.edu   Phone: 412/268-8865, 412/561-8343
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Buena explicación, Truman.
Mi punto de vista era excesivamente simplista.
¡Pido disculpas! :-)

Antonio