Origen de la Lluna

Simulació d'a.G.W. Cameron Copyright © 1997 by Academic Press

Un equip de científics data l'origen de la Lluna  Origen de la Lluna: l'hipótesi del Gran Impacte. A. G. W. Cameron. (fragments de ICARUS 126, 126-137. 1997)  Formació de la Lluna a partir d'un disc generat per impacte. Shigeru Ida, Robin M. Canup and Glen R. Stewart. (fragments de Nature. 1997)  Per què està inclinat el pla orbital de la Lluna?

Un equip de científics data l'origen de la Lluna

El "Gran Xoc" interplanetari entre la Terra i un altre objecte va tenir lloc uns 50 milions d'anys després de l'inici de la formació del sistema solar, segons Alexander N. Halliday, professor de geologia.

A un article publicat al 7 de novembre de 1997 a Science, Halliday i Der-Chuen Lee, de la universitat de Michigan, i Gregory A. Snyder y Lawrence A. Taylor, de la universitat de Tennessee, van explicar com van analitzar els isòtops de tungstè a mostres de roques lunars per desvetllar els secrets de l'origen de la Lluna.

"Les dades indiquen que la Lluna es va formar fa 4500 - 4520 milions d'anys. La proporció entre isòtops de tungstè trobada a la Lluna recolza la hipòtesi de que es va formar a partir de la Terra, o potser pel xoc amb la Terra d'un gran objecte de composició química semblant a la del nostre planeta", va dir Halliday.

"Les simulacions del Gran Impacte indiquen que a la Terra primitiva es van produir temperatures altíssimes, per sobre dels 10.000 graus K, que van provocar fusió de les roques i barreja a escala global", va dir Der-Chuen Lee. "És possible que l'energia associada a la formació de la Lluna tingués relació amb la producció dels mars de magma".

Els científics pensen que els planetes del nostre sistema solar es van formar fa uns 4.570 milions d'anys a partir d'un gran núvol de gas i pols interestelar que va donar lloc al Sol. La Terra i els altres planetes rocosos del sistema solar interior van anar creixent gradualment durant milions d'anys, a mida que capturaven materials del núvol protoplanetari mitjançant la seva atracció gravitatòria.

Halliday i Lee van emprar una tècnica coneguda com "espectrometria de masses en plasma acoblat per inducció amb col·lector múltiple" per mesurar les petites quantitats d'isòtops de tungstè en 21 mostres lunars. "Com el hafni-182 es desintegra produint tungsté-182, amb un període de semi-desintegració de 9 milions d'anys, és possible datar mostres a partir de les proporcions d'isòtops", va dir Halliday.

El projecte d'investigació havia estat finançat pel U.S. Department of Energy, la NASA, la National Science Foundation i la University of Michigan. Gregory A. Snyder i Lawrence A. Taylor, del University of Tennessee's Planetary Geosciences Institute van col·laborar en les investigacions i la publicació de l'article.

The University of Michigan
News and Information Services
412 Maynard
Ann Arbor, Michigan 48109-1399

Contact: Sally Pobojewski
Phone: (313) 647-1844
E-mail: pobo@umich.edu

News Release: November 10, 1997 (8)

Preguntes i respostes

Jega Arulpragasam:
No veig del tot clar com funciona això. Com podem calcular la proporció original de hafni-182 i tungsté-182?  Sense aquesta dada, em sembla que no és possible determinar quina proporció del hafni original s'ha desintegrat.

Antoni Parra:
La proporció 'original' de Hafni-182/Tungsté-182 és 1/0. Tot el tungsté-182 present a las roques lunars s'ha produït per desintegració del Hafni.

Jega Arulpragasam:
Gràcies, Toni.  Això permet, per suposat, determinar l'edat d'una mostra a partir de les proporcions d'isòtops  --  però també fora possible amb de qualsevol proporció Hf-182:W-182 'original' coneguda, diferent de 0:1.  :-)  De tota manera, el que m'agradaria saber és com s'arriba a aclarir que la proporció original era 1:0?. Per exemple, si els materials de la Lluna van ser expulsats de la Terra per xoc amb un objecte de la mida de Mart quan la Terra ja portava temps formada, les proporcions isotòpiques actuals correspondrien a l'edat de la Terra, i no de la Lluna, fins i tot si hom suposa la mateixa proporció original.

Antoni Parra:
La major part dels minerals de les roques magmàtiques 'trien' els àtoms de la fase líquida quan cristal·litzen. El procés de cristal·lització és selectiu. Si un zircó conté urani en certa proporció 'i gens de plom', tot el Pb produït per desintegració s'hi trobarà 'on no li correspon'.
 

Antoni Parra:
M'agradaria fer-li algunes preguntes:
A les News Release del 10 de novembre de 1997,  vostè va dir: "Com el hafni-182 es converteix en tungsté-182 en desintegrar-se, amb una vida mitjana de 9 milions d'anys, és possible determinar les edats relatives de materials mitjançant les seves proporcions isotòpiques"
1. Quins minerals contenen hafni-182?
2. Quina és la proporció original  hafni-182 / tungsté-182 quan es tanca la xarxa cristal·lina?
    1/0 potser?

Alex Halliday:
Estimat Toni,

Las proporcions isotòpiques del tungstè a un material són funció del temps transcorregut des de la seva formació, del quocient Hf/W a aquest material i al material del que es va formar, i de les proporcions isotòpiques originals. No es gens senzill...
El període de semidesintegració és suficientment curt per limitar les possibles aplicacions d'aquesta tècnica a l'estudi dels primers 100 milions d'anys de l'història del Sistema Solar. El 182Hf al Sistema Solar primitiu es va comportar químicament com els demés isòtops de Hf. Generalment, el Hf s'acumula als mateixos minerals que el Zr. A una roca magmàtica, el Hf es comportarà com un "element incompatible", incapaç de substituir altres elements durant el procés de fusió i cristal·lització, excepte si es forma zircó (ZrSiO4), i al final s'acumularà als minerals que es formin a partir dels darrers líquids en cristal·litzar. Per tant, la "proporció original" és directament proporcional al quocient en pes Hf/W, o fracció molar del mineral, i al temps transcorregut. No serà 1 perquè inicialment ja hi havia W, i no serà 0 perquè també hi havia 182Hf present.

Espero que això et serveixi d'ajut.

Alex

Companys de la llista Astro,
     Admeto que l'informe que Ron Baalke va enviar a la llista l'11 de novembre de 1997 era un xic imprecís en el que fa referència a la tècnica de datació emprada per Lee, Halliday, Snyder, i Taylor [Science 278, 1098-1103, 1997 November 7] amb mostres lunars i a la seva aplicació a la formació de la Lluna.
     De l'analogia amb el mètode de datació per 238U-206Pb de que parlava Leigh Palmer al 13 de novembre de 1997 no cal parlar ara, ja que el 238U és un radionúclid de vida llarga.  Aquest mètode, com tots els basats en la radioactivitat primària natural (U235-207Pb, 232Th-208Pb, 87Rb-87Sr, 40K-40Ar, 147Sm-143Nd, 187Re-187Os), determinen el temps transcorregut des del moment de la diferenciació química fins al present.  182Hf, com 129I, 244Pu, 26Al, 53Mn, i 146Sm, són radionúclidos naturals de vida curta, que desapareixen totalment.
     Tampoc es cert que la proporció inicial 182Hf/182W fos 1/0 i que tot el 182W present a las roques lunars provingui de la desintegració del Hf, [Antoni Parra, 13 de novembre, 1997].  A totes les mostres hi havia present originalment W normal i 182W, i un aspecte essencial de les anàlisis consisteix en esbrinar quina era la proporció original de 182W.
     Les anàlisis pretenien determinar tant la proporció de 182W/184W com la de 180Hf/184W per cada mostra.  Les roques amb un quocient Hf/W elevat donaran lloc a més W182 que les que tenen Hf/W baix.  Fent una gràfica de 182W/184W en funció de 180Hf/184W, les mostres amb la mateixa història cronològica, es a dir, que es van separar al mateix temps de la matèria de procedència, quedaran representades per punts col·locats a sobre d'una línia recta: una isocrona.  El pendent de l'isocrona correspon a la proporció de 182Hf/180Hf en el moment de la separació, i l'intersecció correspon a la proporció inicial de 182W/184W al tungstè present.
     Algunes de les mostres lunars (inclòs un meteorit d'origen lunar trobat a l'Antàrtida) estudiades per Lee i altres tres col·laboradors tenen una composició isotópica pel tungstè semblant a la dels meteorits condritics, es a dir, no tenen 182W en excés.  Malgrat tot, moltes d'elles presenten un excés de 182W estadísticament significatiu, i això vol dir que quan es van separar del cos original, encara hi havia una mica de 182Hf "viu", per desintegrar. Els punts dispersos al llarg de la isocrona indiquen que es va produir una certa diferenciació després de la separació principal que "va engegar el cronòmetre".  La millor isocrona obtinguda prové de tres mostres de vidre volcànic de color taronja.  El pendent correspon a una proporció inicial 182Hf/180Hf de 5.9 +/- 2.3 X 10^-6 i la intersecció correspon a una composició inicial 182W/184W fonamentalment condrítica.
     El raonament cronològic seguit no és massa rectilini, doncs depèn de suposicions relatives a la nucleosíntesi del 182Hf, del temps transcorregut des de la formació del Sistema Solar i de la Terra, i de la manera i moment en que es va produir la diferenciació principal. Lee no discuteix la nucleosíntesi al seu article, simplement afirma que la proporció inicial de 182Hf/180Hf en la major part del Sistema Solar era 2.4 +/- 0.6 X 10^-4, sense donar més explicacions ni cap demostració: només fa referència a un parell d'articles previs de Lee i Halliday. Es tractaria de la proporció teòrica quan es va produir la síntesi a una supernova veïna, que hauria provocat la condensació de la Nebulosa Solar, en el terme de pocs milions d'anys o fins i tot menys.
     Entre els diferents models de formació del sistema Terra-Lluna, Lee dóna preferència a l'hipótesi de l'impacte d'un cos de la mida de Mart amb la Terra, que hauria produït una lluna totalment fosa amb un Hf/W major que el del material condrític a partir del que es va originar la Terra, i potser també que el de l'altre cos.  Qualitativament, la presència de 182Hf radioactiu indica que aquest esdeveniment es va produir poc després, en menys de 10 vegades el temps de semidesintegració (vida mitjana) del 182Hf, que és de 9 milions d'anys (m.a.), és a dir uns 90 m.a.  El pendent de la isocrona del vidre de color taronja suggereix uns 54 m.a., 6 vegades la vida mitjana del 182Hf. Les edats calculades per les diferents mostres varien entre 40 i 67 m.a. La mitjana és 53 +/- 4 m.a.
     Els autors conclouen: "Segons aquestes dades, calculem que la Lluna es va formar i diferenciar uns 50 m.a. després de l'inici de la formació del Sistema Solar, fa 4.500 - 4.520 milions d'anys."  Segons sembla, donen per cert que el Sistema Solar es va formar fa 4.560 +/- 0.01 milions d'anys, segons les datacions efectuades mitjançant radioactivitat natural primària en meteorits primitius.
                                     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
Graphic image: http://www.rahul.net/resource/astro-list/kohman.htm

Bona explicació, Truman.
El meu punt de vista era excessivament simplista.
Perdoneu! :-)

Antoni