8 Minute
Noi dovezi leagă oxigenul Pământului de rugina de pe Lună
Lucrări recente de laborator sugerează că prezența surprinzătoare a hematitei — un oxid de fier cunoscut frecvent ca rugina — la poli lunari nu este rezultatul exclusiv al chimiei locale lunare, ci ar putea fi generată de oxigenul scăpat din atmosfera Terrei. Cercetările au simulat mediul de particule prin care trece Luna când intră în coada magnetosferică a Pământului (magnetotail) și au demonstrat că ionii de oxigen pot oxida anumiți compuși purtători de fier din solul lunar, formând hematită în modele spațiale care se potrivesc cu observațiile orbitale. Această legătură oferă un exemplu clar de schimb chimic Earth–Moon mediat de dinamica magnetosferică și deschide perspective asupra modului în care planeta noastră influențează compoziția satelitului natural.
Context științific: de ce este neașteptată hematita pe Lună
Hematita (Fe2O3) se formează atunci când fierul pierde electroni (oxidare) în prezența oxigenului și, frecvent, a apei sau a vaporilor oxidați. Luna, însă, nu are o atmosferă densă și dispune doar de o exosferă extrem de rară, practic fără oxigen liber în cantități semnificative. Mai mult, suprafața lunară este constant bombardată de vântul solar — un flux de plasmă bogat în hidrogen care furnizează electroni și tinde să reducă chimic materialele de la suprafață (procesul invers oxidării). În aceste condiții reductive, descoperirea hematitei pe fețele apropiate și la poli pare contraintuitivă, stârnind întrebări despre sursa și mecanismele formării acesteia.
O hartă îmbunătățită a distribuției hematitei pe fața apropiată a Lunii. (Shuai Li)
O explicație propusă invocă Pământul. Sub acțiunea Soarelui, magnetosfera Terrei se întinde într-o coadă lungă — magnetotail — care se întinde în partea opusă Soarelui. În această coadă pot fi transportați intermittent particule provenind din straturile superioare ale atmosferei terestre, incluzând ioni de oxigen. Atunci când Luna traversează această regiune, de regulă în jurul fazei de Lună plină, primește un impuls de oxigen terestru în timp ce fluxul principal al vântului solar este parțial blocat sau deviat de umbra geomagnetică. Această alternanță creează ferestre periodice cu fluxuri crescute de oxigen și bombardament hidrogen redus — condiții care pot favoriza procese locale de oxidare. Istoria pe termeni lungi a acestor episoade ar putea explica concentrațiile zonale de hematită observate de sateliți.
Simulări de laborator: reproduceri ale "vântului terestru" pe minerale lunare
Pentru a verifica dacă oxigenul de origine terestră poate oxida materialele lunare, o echipă condusă de Xiandi Zeng de la Macau University of Science and Technology a efectuat experimente controlate de iradiere cu ioni. În camere de laborator, cercetătorii au expus analogi de mineral lunar — piroxen, olivină, ilmenit, troilit, fier metalic și o mostră de meteorit feros — la fascicule de ioni energetici de oxigen pentru a imita "vântul terestru" din magnetotail, precum și la fascicule de ioni de hidrogen pentru a simula condițiile impuse de vântul solar. Aceste teste au fost proiectate pentru a reproduce atât energii, cât și doze de particule comparabile cu cele estimate în regiunile relevante ale magnetotail-ului și pentru a observa reacțiile chimice și microstructurale rezultate.
Un diagram care ilustrează configurația Pământ–Lună–Soare care poate conduce la formarea hematitei. (Osaka University/NASA)
Experimentele au arătat că ionii de oxigen pot transforma fierul metalic, ilmenitul și troilita în hematită; din această triadă, fierul metalic s-a dovedit cel mai susceptibil la oxidare sub impact ionilor de oxigen. În schimb, silicații purtători de fier, precum piroxenul și olivina, nu au generat hematită în aceleași condiții experimentale, semnalând că procesul de oxidare este dependent de mineralogie și de forma substanței care conține fier. Echipa a mai observat că magnetita (Fe3O4) poate apărea ca un pas intermediar în transformarea metal —> magnetită —> hematită, un detaliu important pentru a înțelege secvența electrochimică și termodinamică a reacțiilor. Rezultatele includ date spectroscopice, imagini microscopice și analize chimice care susțin eventuala correspondenta între produsele formate în laborator și semnătura detectată orbital.
Reducerea prin hidrogen și rolul vântului solar
Pentru a evalua dacă hidrogenul provenit din vântul solar ar putea inversa ulterior oxidarea, echipa a iradiat hematita sintetizată în laborator cu ioni de hidrogen la energie diferită. Fasciculele de hidrogen de înaltă energie, comparabile cu particulele energetice care pot fi prezente ocazional în "vântul terestru" sau în evenimente de particule solare, au fost capabile să reducă hematita în faze ironice cu conținut mai mic de oxigen și au generat apă (H2O) ca produs secundar în urma reacțiilor de reducere. Contrar, fluxurile de hidrogen de energie mai joasă, reprezentative pentru vântul solar mediu, nu au reușit să inverseze eficient formarea hematitei. Acest contrast explică de ce hematita poate persista pe suprafața lunară: impulsurile episodice de oxigen terestru pot oxida mineralele sensibile, în timp ce vântul solar obișnuit nu oferă suficientă energie sau densitate de ioni pentru a readuce materialul complet la starea redusă inițială.
Implicații pentru știința lunară și schimburile Pământ–Lună
Formarea selectivă a hematitei aproape de poli se aliniaza, de asemenea, cu geometria magnetotail-ului: structura câmpului magnetic terestru și traiectoriile particulelor din coadă pot direcționa într-un mod preferențial ionii energetici de oxigen către latitudini lunare înalte, în timp ce un procent semnificativ din hidrogenul vântului solar este deviat sau atenuat. Acest efect direcțional explică pattern-urile latitudinale și asimetriile observate în distribuția hematitei. Rezultatele de laborator indică în plus că apa observată în proximitatea zonelor bogate în hematita ar putea fi un produs al reacțiilor de reducere (adică apă generată când hidrogenul reduce oxizii), nu neapărat un agent cauzal care stă la baza formării hematitei. Această distincție este esențială pentru interpretarea datelor geochimice și pentru strategiile viitoare de forare și analiză a regolitului polar.
Dacă oxigenul terestru a fost livrat către Lună de-a lungul a miliarde de ani, depozitele de hematită de pe Lună ar putea înregistra variații ale concentrației de oxigen din atmosfera Terrei în timp geologic, potențial până înapoi la Evenimentul Marei Oxidări (Great Oxidation Event) de acum aproximativ 2,4 miliarde de ani. Această ipoteză ar transforma regolitul polar într-un fel de arhivă naturală a evoluției atmosferice terestre, oferind indicatori noi despre comportamentul oxigenului, pierderile atmosferice și schimbările climatice la scară geologică. Misiunile recente și viitoare care vizează poli lunari — inclusiv succesul de aselenizare al Chandrayaan-3 și misiunile planificate precum Chang'e-7 — furnizează oportunități esențiale de a recolta mostre din regolit bogat în hematită și de a testa aceste ipoteze in situ prin analize mineralogice, izotopice și geochimice pe teren.
Concluzie
Experimentele de iradiere cu ioni din laborator întăresc argumentul că oxigenul fugit din atmosfera Terrei este candidatul principal care produce hematita observată pe Lună. Aceste constatări relevă un schimb chimic subtil, dar persistent, între Pământ și satelitul său, mediat de dinamica magnetosferei, cu implicații importante pentru chimia suprafeței lunare, istoria oxigenului din atmosfera Terrei și planificarea misiunilor viitoare de returnare a probelor sau de investigații in situ ale regolitului polar. În plus, această linie de cercetare oferă instrumente noi pentru a interpreta datele spectroscopice orbitale și pentru a proiecta experimente pe teren care pot confirma originea terestră a oxigenului detectat pe Lună.
Sursa: sciencealert
Comentarii