Principali teorie

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Fra i primi tentativi di fornire una teoria sulla genesi lunare ricordiamo quella di George Darwin che nel 1879 suggerì la fissione di una massa planetaria gigante in due masse più piccole (la terra e la luna).  Questa teoria resistette per circa ottanta anni, fino agli anni cinquanta del secolo scorso, quando Gerstenkorn propose la teoria della cattura gravitazionale verso un corpo celeste nomade venuto a trovarsi per caso nel raggio di attrazione terrestre. Qualche anno dopo, Schmidt ipotizzò che i due corpi si fossero formati insieme da una coalescenza di materiale fuso, durante la fase di raffreddamento che ha prodotto i pianeti del sistema solare.

L’analisi dei campioni riportati dalle missioni americane e sovietiche, nonché lo studio dei meteoriti lunari, ha portato allo sviluppo di una teoria più credibile perché basata su dati ed elementi raccolti in situ. Hartmann e Davis (1975) insieme a Cameron e Ward (1976) hanno proposto una genesi causata dalla collisione fra la terra e un grande asteroide grande quanto Marte (battezzato Theia), in una fase in cui essi erano ancora allo stato semi-fuso e che ha portato all’ingrandimento della massa terrestre e probabilmente del suo nucleo;  i vari frammenti rocciosi fluttuanti formatisi a causa dell’impatto, e provenienti in gran parte dal mantello terrestre, si fusero a formare la luna. Fra le prove più convincenti vi e’ la presenza del medesimo rapporto degli isotopi di ossigeno sia nelle rocce terrestri che in quelle lunari; se confrontiamo questo dato con il fatto che il rapporto 18O/16O,  misurato nelle meteoriti provenienti dalle parti più disparate del sistema solare, e’ completamente diverso, si intuisce come la luna debba necessariamente avere un origine comune alla terra.  

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Nella figura sotto, modificata da Kipp e Melosh (1986), viene evidenziato il momento dell’impatto e dei successivi 12.5 minuti. Dal disegno originale, ho messo in maggiore evidenza la fusione dei due nuclei.

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Una recente scoperta risalente al 2011, però, rischia di mettere in crisi questa teoria. Infatti, gli studi di Saal et al. della Brown University su alcuni campioni lunari raccolti dalla missione Apollo 17 mostrano la presenza di quantità di acqua in proporzioni simili a quelle della terra. Questa scoperta  contrasta con la teoria della collisione gigante perché questa prevede l’evaporazione totale di tutta l’acqua e di tutti i gas a causa delle alte temperature sviluppatesi con l’impatto. Inoltre, sulla luna sono ancora presenti dei gas che ne costituiscono una tenue atmosfera e che avrebbero invece dovuto  volatilizzarsi in tempi immediatamente successivi all’impatto.

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La Formazione della Luna

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Differenziazione e formazione della crosta

Anche la semplice osservazione della luna a occhio nudo ci permette di identificare delle aree più scure (maria o mari) e delle aree più chiare (terrae o altopiani) ; questa differenza, descritta nel dettaglio da Keplero, e’ dovuta al tipo di rocce che compongono le relative  zone. In particolare, i mari sono costituiti da basalti scuri mentre negli altopiani sono presenti tre tipi di rocce plutoniche chiare ricche in feldspato:  le anortositi ferrifere, composte prevalentemente da plagioclasio con calcio e alluminio, un gruppo di anortositi ricche in magnesio, con plagioclasi misti ad olivine e pirosseni  in varie percentuali (norite, troctolite e dunite) e le rocce KREEP, ricche di elementi incompatibili (potassio, fosforo e terre rare) con le strutture cristalline. Per una descrizione dettagliata delle rocce si rimanda all’apposita sezione.

La natura di queste rocce (in termini di contenuto mineralogico, densità e modalità di cristallizzazione) ha fatto ritenere che queste si fossero differenziate in un oceano magmatico, profondo almeno fra 250 e 1000 km, in tempi diversi e dunque separate per andarsi a distribuire su vari livelli (differenziazione). In particolare, il plagioclasio anortite e’ talmente leggero che galleggia sulla superficie del magma, mentre olivine  e pirosseni affondano, accumulandosi all’interno del magma (Wood, 1970). Fra le prove che corroborano questa ipotesi vi e’ la presenza diffusa di plagioclasi (in media 75%) sulla crosta lunare ed anche a bassa profondità : questa abbondanza e’ segno che qualche processo di separazione in un mare di magma abbia avuto luogo. Inoltre, la presenza dei KREEP, i cui mutui rapporti percentuale restano costanti in tutti i campioni, fanno pensare ad un arricchimento (residuo) avvenuto da una singola fonte, cioè un singolo oceano di magma. La crosta lunare si sarebbe formata 4.4 miliardi di anni fa.

Un altro fattore indicativo che le diverse rocce sulla luna provengano da un unico magma e’ dato dall’anomalia dell’europio; questa e’ infatti positiva nei plagioclasi delle rocce plutoniche (nelle terrae) e negativa nei plagioclasi delle rocce basaltiche (nei maria) – segno che le rocce che formano gli altopiani si sono formati prima, causando una diminuzione della concentrazione dell’europio (rispetto alle altre terre rare) nel magma che andrà poi a formare i basalti. Secondo Warren (1986), alcune anortositi ferrifere possono però essere antecedenti all’esistenza dell’oceano di magma.

Nonostante la teoria dell’oceano di magma sia diffusamente accettata presso la maggioranza degli accademici, esistono degli studi che hanno proposto la teoria alternativa del magmatismo seriale. Gli autori di questa teoria propongono la formazione delle anortositi attraverso intrusioni, provenienti da diverse camere magmatiche, in una crosta primordiale (Longhi e Ashwal, 1985).

Ricapitolando: dopo l’evento del grande impatto fra Theia e la Terra e la coalescenza dei frammenti rocciosi a formare la luna, questa e’ rimasta quasi completamente in uno stato semi-solido con una superficie esterna costituita da un oceano magmatico. Questo ha cominciato a raffreddare e a formare una crosta sottile costituita da anortositi; intanto, minerali scuri come olivine e pirosseni si accumulavano alla base del magma. Successivi periodi di fusione concomitanti alla creazione di grandi bacini sulla crosta lunare (dovuti al bombardamento di meteoriti) portavano mari di lava in superficie; questi dilagavano su i bacini fino a riempirli formando distese di basalti. Vedi figura.