Risolto il mistero delle fontane di fuoco lunari

Come testimoniano le piccole perle di vetro vulcanico rinvenute nei campioni lunari delle missioni Apollo, molto tempo fa, sul nostro satellite eruttavano geyser di lava. Oggi, gli scienziati della Brown University e del Carnegie Institution for Science hanno individuato il gas volatile che guidava questo processo.

Secondo la teoria più accreditata, la Luna si sarebbe formata a seguito dell'impatto tra un grande oggetto, delle dimensioni di Marte, e la Terra. La sua superficie, perciò, doveva essere in origine ben più movimentata rispetto all'ambiente tranquillo che conosciamo. Era calda ed attiva: il magma spesso gorgogliava dall'interno sfociando in vere e proprie fontane di fuoco, del tutto simili a quello che si verifica alle Hawaii. Il fenomeno richiede la presenza di sostanze volatili mescolate con la lava in eruzione: i composti volatili si trasformano in gas quando la lava sale in superficie; tale processo di espansione del gas fa saltare la lava in aria.

"La domanda per molti anni è stata quale gas avesse prodotto questo tipo di eruzioni sulla Luna", ha dichiarato Alberto Saal, della Brown ed autore dello studio. Ora, grazie alla nuova ricerca pubblicata su Nature Geoscience, sappiamo che il responsabile era il monossido di carbonio ( CO), originato dal carbonio presente nella lava, combinato con l'ossigeno mentre risaliva dalle profondità.

Per molti anni, si è creduto che la Luna fosse priva di sostanze volatili come l'idrogeno e il carbonio fino a quando non sono state trovate prove definitive nei campioni lunari. La squadra di Saal fu la prima a scoprire tracce di acqua sulla Luna, nel 2008, dai campioni di vetri vulcanici, seguita dall'individuazione di zolfo, cloro e fluoro ma nessuno di questi era coerente con le fontane di fuoco.

Per questa ricerca, Saal e colleghi hanno analizzato accuratamente i campioni riportati sulla Terra dalle missioni Apollo 15 e 17. In particolare, hanno osservato che questi contenevano inclusioni vetrose, ossia piccoli punti di magma fuso, rimaste intrappolate all'interno di cristalli di olivina che, in questo caso, si sono comportati come piccole capsule temporali. Tuttavia, l'eventuale presenza di carbonio è sempre rimasta elusiva a causa degli strumenti di analisi utilizzati, fino a quando Erik Hauri del Carnegie Institution for Science non ha sviluppato una tecnica ad hoc in grado di identificare fino a 0,1 parti per milione di carbonio.

I ricercatori hanno trovato complessivamente bassi livelli di carbonio nel vetro vulcanico ma livelli molto più elevati nei piccoli punti di magma conservato. A questo punto, un nuovo modello teorico ha mostrato che il carbonio, combinato con l'ossigeno per formare CO, sarebbe degassato prima di altri volatili, guidando il processo nelle fasi iniziali.

E con l'aggiunta di carbonio alla lista, la superficie lunare sembra avere la serie completa di sostanze volatili trovate anche nelle tracce di lava che formò il fondale della Terra.
Secondo Saal, questa scoperta può suggerire che alcuni degli elementi volatili della Terra sopravvissero all'impatto che creò la Luna e/o che entrambi ottennero elementi volatili provenienti dalla stessa fonte dopo la formazione, come i meteoriti.

Carbon content and degassing history of the lunar volcanic glasses [abstract]

Volcanic glasses observed on the lunar surface have been interpreted as the products of volatile-rich, fire-fountain eruptions. Revised estimates of the water content of primitive lunar magmas have overturned the notion of a volatile-poor Moon, but degassing of water-rich vapour during volcanic eruptions is inconsistent with geochemical and petrological observations. Although degassing of carbon is compatible with observations, the amount of indigenous carbon in lunar volcanic materials is not well constrained. Here we present high-precision measurements of indigenous carbon contents in primitive lunar volcanic glasses and melt inclusions. From our measurements, in combination with solubility and degassing model calculations, we suggest that carbon degassed before water in lunar magmas, and that the amount of carbon in the lunar lavas was sufficient to trigger fire-fountain eruptions at the lunar surface. We estimate-after correcting for bubble formation in the melt inclusions-that the primitive carbon contents and hydrogen/carbon ratios of lunar magmas fall within the range found in melts from Earth's depleted upper mantle. Our findings are also consistent with measurements of hydrogen, fluorine, sulphur and chlorine contents, as well as carbon and hydrogen isotopes, in primitive lunar magmas, suggesting a common origin for the volatile elements in the interiors of the Earth and Moon.