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Un complejo volcánico único descubierto
en el lado oscuro de la Luna

Redacción
La naturaleza del misterioso “punto caliente” o “hot spot” lunar fue finalmente revelada por medio de la fotogeología.
l análisis de nuevas imágenes de un curioso “punto caliente” en el lado oculto de la Luna, ha revelado que se trata de una pequeña provincia volcánica creada por el afloramiento de magma silícico. La inusual ubicación de la provincia volcánica y la composición sorprendente de la lava que la formó, ofrecen provocadoras pistas sobre la historia térmica de la Luna.

El punto caliente es una concentración del elemento radioactivo torio, ubicado entre los más grandes y más antiguos cráteres de impacto Compton y Belkovich. Fue detectado por primera vez por el espectrómetro de rayos gamma de la sonda Lunar Prospector. La “Anomalía de Torio Compton-Belkovich”, como tal se le llama, aparece como un ojo de buey cuando los datos del espectrómetro se proyectan sobre un mapa, con la concentración de torio más alta en su centro.

Las recientes observaciones, realizadas por las potentes cámaras ópticas del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), han permitido a los científicos distinguir las características volcánicas en el centro del ojo de buey. Los modelos tridimensionales en alta resolución del terreno en cuestión, más la información generada por el instrumento Diviner del LRO, han revelado características geológicas de diagnóstico no sólo del vulcanismo, sino también del mucho más raro vulcanismo silícico.

La existencia misma de esta provincia volcánica obligará a los científicos a modificar las ideas que tenían sobre la historia volcánica de la Luna, dice Bradley Jolliff, profesor investigador de la Universidad de Washington en St. Louis (EEUU), quien dirigió al equipo que analizó las imágenes del LRO.
Anomalía de Torio Compton-Belkovich
El mapa de la abundancia del elemento torio en la Luna, realizado con los datos generados por el Lunar Prospector (una misión espacial lanzada en 1998), muestra que este elemento radioactivo está concentrado en su mayor parte en una región del lado visible de la Luna (izquierda). Pero existe también un pequeño “punto caliente” o “hot spot” denominado “Anomalía de Torio Compton-Belkovich” (indicado C-B en el mapa) en el lado oculto de la Luna. (NASA/GSFC/ASU/WUSTL, datos procesados por B. Jolliff) Click para ampliar!
“Encontrar evidencias de esta composición inusual ubicada donde está, y que parece tener una actividad volcánica relativamente reciente, constituye un resultado fundamentalmente nuevo, que nos hará reconsiderar la evolución térmica y volcánica de la Luna", añade.
El Vulcanismo de la Luna
El vulcanismo lunar es muy diferente del vulcanismo terrestre debido a que la Luna es un pequeño cuerpo que se enfrió rápidamente, y nunca desarrolló una tectónica de placas recicladora de rocas como la de nuestro planeta.

La Luna, que según estimados se formó cuando un objeto celeste del tamaño de Marte colisionó con nuestro planeta unos 4500 millones de años atrás, era originalmente un mundo infernal cubierto por un turbulento océano de roca fundida de unos 400 kilómetros de profundidad.

Pero debido a que la Luna era pequeña y no tenía atmósfera, este océano de magma se enfrió rápidamente, quizás en unos 100 millones de años. Eventualmente los minerales más livianos (como el feldespato cristalizado fuera del magma) que flotaban en la superficie, crearon una enorme masa de roca feldespática que dio origen a las tierras altas de la Luna. Los minerales más densos ricos en hierro y magnesio se hundieron cuando se cristalizaron, formando así la parte superior del manto de la Luna.

Este proceso de diferenciación de la corteza y el manto fue seguido por una onda de actividad volcánica, aproximadamente entre 3000 a 4000 millones de años atrás, cuando las lavas basálticas fluyeron sobre la superficie lunar, llenando antiguos cráteres de impacto y otras regiones bajas para formar los denominados mares lunares.

Uno de los misterios del vulcanismo lunar es la distribución desigual de estos basaltos de inundación. Casi un tercio de la cara visible de la Luna está cubierta por los antiguos basaltos de inundación, pero en el lado oculto de la Luna, donde la corteza es más gruesa, hay mucho menos.

Además, casi todo el vulcanismo lunar es basáltico en vez de silícico, con mayor presencia de minerales que contienen los elementos hierro y magnesio en lugar de los elementos silicio y aluminio.
Anomalía de Torio Compton-Belkovich
Las cámaras a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter, lanzado en 2009, mostraron que el centro de la Anomalía de Torio Compton-Belkovich era relativamente reflexivo a la luz visible en comparación a su entorno. Las cámaras de alta resolución también revelaron estructuras poco comunes en esta zona brillante.
(NASA/GSFC/ASU/WUSTL, datos procesados
por S. Wiseman y B. Jolliff) Click para ampliar!
La corteza continental terrestre, que refleja los procesos geológicos activos tales como la subducción, la intrusión de magma y la formación de montañas, incluye muchas rocas cuyas composiciones son intermedias entre el basalto y las rocas ricas en sílice como el granito, las cuales son comunes en la Tierra. En la Luna, por el contrario, hay muchas rocas basálticas y sólo una pequeña fracción de granito. Las rocas de composición intermedia están casi desaparecidas.
El «Terreno Procellarum KREEP»
Hasta no hace mucho tiempo, añade Jolliff, los científicos sostenían que la Luna tenía dos tipos de terrenos, los “mares” oscuros, y las luminosas tierras altas. Esta simple imagen de la geología lunar sirvió por muchos años, pero en el año 2000, Jolliff y sus colegas de la Universidad de Washington presentaron un concepto en el cual distinguían tres diferentes “terrenos”, o regiones de la Luna con historias geológicas distintivas.

Uno de ellos, que abarca gran parte de los mares basálticos lunares, se llama el “Terreno Procellarum KREEP”, o simplemente TPK. Este inmenso “punto caliente” lunar contiene altas concentraciones de torio y otros elementos radiactivos productores de calor, como el potasio y el uranio. [KREEP proviene de: potasio (K), rare-earth elements (en español elementos de tierras raras) (REE), y fósforo (P)]

A medida que el océano de magma se enfriaba, explica Jolliff, los elementos como el torio fueron excluidos principalmente de los minerales que cristalizaban, formando bolsones de magma ricos en KREEP ubicados entre la corteza y el manto.

Una concentración de elementos generadores de calor bajo el Terreno Procellarum KREEP puede ser en parte responsable de la intensa actividad volcánica allí. Los mares, según Jolliff, se formaron cuando los elementos radiactivos calientes derritieron a los minerales en las profundidades del manto de la Luna, creándose de este modo lava basáltica que surgió a través de fisuras en la superficie de la Luna. Más de la mitad del Terreno Procellarum KREEP fue recubierto por el vulcanismo.

Aunque la mayor parte del vulcanismo era del tipo basáltico, que resultó en las grandes y oscuras manchas de la Luna observables a simple vista desde la Tierra, también existió en el TPK una forma mucho más rara de vulcanismo, que produjo lavas ricas en sílice. Estos depósitos volcánicos son conocidos como “puntos rojos” debido a sus características espectrales, y los resultados recientes de la sonda LRO confirmaron sus composiciones ricas en sílice. Los puntos rojos incluyen a algunas distintivas formaciones en domos, otros son bastantes grandes, y siempre se ubican dentro de los límites del TPK.
Una nueva provincia volcánica
Desde que la misión Lunar Prospector revelara por primera vez al ojo de buey rico en torio, aislado en el lado oculto de la Luna y lejos del Terreno Procellarum KREEP, el grupo Jolliff ha tenido curiosidad por saber qué es lo que era. “Cuando se lanzó al Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) en 2009, finalmente fuimos capaces de observarlo en alta resolución”, agrega.
Modelo digital del terreno
La naturaleza del terreno salta a la vista cuando las imágenes capturadas por el orbitador son añadidas a un modelo digital del terreno creado con las mismas. En el centro de la provincia existe una depresión irregular que bien podría ser una caldera, y en cuyos bordes se observan domos con características que sugieren que se formaron por la intrusión de lava silícica de alta viscosidad, un tipo de lava poco frecuente en la Luna. Todo modelo de la evolución térmica de la Luna, ahora debe ser capaz de dar cuenta de esta provincia volcánica, así como de los familiares “mares”.
(NASA/GSFC/ASU/WUSTL/DLR, modelo digital del terreno desarrollado por F. Scholten) Click para ampliar!
En el centro del ojo de buey de torio existe un pequeño complejo volcánico, de 25 a 35 kilómetros de diámetro, dependiendo de la dirección, situado entre los cráteres Compton y Belkovich, que tienen 162 y 214 kilómetros de diámetro, respectivamente. Significativamente, la Anomalía de Torio Compton-Belkovich se encuentra a unos 900 kilómetros de la extensión noreste del Terreno Procellarum KREEP.

“En las primeras imágenes del LRO, tomadas con las Cámaras de Campo Estrecho del orbitador (en inglés Narrow-Angle Cameras, NACs) durante la fase de puesta en servicio de la misión, pudimos ver un terreno irregular y estructuras colapsadas que podrían ser volcánicas”, dice Jolliff.

Sin embargo, los impactos que lanzan materiales fuera de los cráteres y sobre la superficie circundante también pueden producir depósitos grumosos o montañosos. “Para estar seguros de que efectivamente estábamos viendo estructuras volcánicas, miramos más de cerca, empleando las imágenes de las NACs tomadas durante la fase de mapeo, una vez que la nave había llegado a su órbita circular de 50 kilómetros. Las NACs tienen óptica telescópica y producen imágenes con una resolución de 50 centímetros por píxel desde una órbita de 50 kilómetros de altitud”.

“Mapeamos la misma área más de una vez con las NACs”, agrega Jolliff. “Pasamos por la estructura que estábamos estudiando y miramos directamente hacia abajo, luego en el siguiente paso orbital inclinamos a toda la nave para que pudiéramos observar a la misma estructura desde un ángulo diferente. A partir de esas dos vistas construimos un modelo digital tridimensional del terreno que nos permite rotar el terreno en la computadora”.

Entre las características de diagnóstico reveladas por estas vistas en perspectiva se encuentra una montaña cuyos detalles por lo general son oscurecidos por las sombras, pero cuando se la analiza con el modelo 3D del terreno, se puede ver que tiene una depresión en la cumbre, y lo que parece ser un área en el borde donde se produjo una grieta con el posterior colapso y pérdida de material (movimiento de rocas y/o regolito pendiente abajo).

Los científicos reforzaron la idea de vulcanismo tomando secciones transversales del terreno y midiendo las pendientes a lo largo de estas secciones transversales. Esto demostró, por ejemplo, que uno de los domos tiene una meseta en la cima con una amplia depresión central, ambas características son típicas de un volcán.

“Es inusual que una formación geológica tenga una cima plana o una depresión en la misma a menos que sea de origen volcánica”, dice Jolliff. “Lo que pasa es que el magma en el interior disminuye después de la erupción, dejando una depresión”.

Las pendientes de las estructuras volcánicas proporcionan pistas sobre la composición de las lavas que las formaron. Mientras que los volcanes en escudo basálticos en otros lugares de la Luna tienen típicamente pendientes de 7 grados o menos, los volcanes Compton-Belkovich tienen pendientes que alcanzan los 20 a 25 grados, lo cual sugiere que fueron formados por lavas más viscosas.

Otra pieza del rompecabezas provino de otro instrumento del LRO, un radiómetro térmico llamado Diviner. (Este instrumento registra la radiación en la zona infrarroja del espectro, incluyendo las bandas sensibles a la mineralogía, así como a la temperatura) Al trabajar con Ben Greenhagen, un ex estudiante de posgrado en la Universidad de Washington (St. Louis) y en la actualidad investigador principal adjunto del instrumento Diviner, el equipo fue capaz de confirmar que en la estructura volcánica Compton-Belkovich había una concentración de rocas ricas en sílice, como el granito o la riolita.

“Eso es muy inusual”, agrega Jolliff. “En la Luna sólo hay media docena de estructuras que se cree son ricas en sílice, debido a que la Luna, a diferencia de la Tierra, no reprocesa los materiales rocosos de una manera que concentre al sílice”.
¿Cómo se formó la estructura volcánica Compton-Belkovich?
Jolliff y su equipo todavía no están seguros y son renuentes por lo tanto a emitir alguna especulación, pero sospechan que la provincia volcánica recientemente descubierta podría ser mucho más joven que la mayoría de las estructuras volcánicas situadas en el Terreno Procellarum KREEP.

“Aunque sabemos por el análisis directo de muestras de rocas lunares que casi todo el vulcanismo de los ‘mares’ ocurrió entre 3000 a 4000 millones de años atrás, podemos observar desde órbita algunos flujos basálticos que podrían haber aparecido en una fecha tan reciente como 1000 millones de años atrás”, agrega Jolliff.

“No tenemos la manera de obtener una fecha absoluta para la estructura volcánica Compton-Belkovich porque no tenemos a mano muestras de rocas”, añade Jolliff, “pero dado que hay relativamente pocos cráteres, la superficie realmente luce bastante joven. Además vemos pequeñas estructuras que no han sido completamente golpeadas y destruidas por los procesos de impactos”.

“Si esta provincia volcánica se formó muy al final del partido, no pudo haber sido como consecuencia de la desintegración radiactiva, ya que las fuentes de calor disminuyen con el tiempo y cada vez es más difícil llevar lavas a la superficie”, agrega el científico.

“Pero”, dice, “la Luna todavía puede tener un núcleo exterior fundido. La misión GRAIL que será lanzada a fines de este año podría confirmar esta idea. Pero si el núcleo externo está fundido, entonces puede generar pulsos de calor. Después de todo, en la Tierra tenemos puntos calientes como la cadena volcánica de Hawai que está asociada con profundas plumas de calor”.

“Un pulso de calor originado en las profundidades del manto, podría derretir un reservorio de rocas ricas en KREEP en la base de la corteza, dejado por la cristalización original del océano de magma”, agrega Jolliff.

“El material derretido podría haber ascendido desde la base de la corteza hasta cerca de la superficie, ‘inflando’ la superficie en un domo bajo al acumularse allí”.

“Al empezar a cristalizarse”, explica Jolliff, “esta lava se habría diferenciado para producir un material derretido más silícico, que se enriqueció con torio. La erupción efusiva de este material, podría haber producido las estructuras elevadas que se observan a los lados oeste y este de la estructura Compton-Belkovich, como así también las amplias y bajas estructuras de flujos volcánicos. Posteriores erupciones de las lavas más silícicas habrían formado domos con laderas empinadas. En algunas de las erupciones más tardías podrían haber surgido pequeños cuerpos de magmas muy ricos en sílice, que apenas rompieron la superficie formando de este modo pequeños ‘bultos’ ”.

“Podría haber sido como el domo Novarupta, en el Katmai National Park (Alaska). Una lava muy viscosa asciende desde las profundidades como un balón. La lava se ‘infla’, y la superficie se puede partir y resquebrajar, y luego se solidifica en el lugar”, añade.

“A medida que estas estructuras volcánicas empujaban hacia arriba, otras partes de la superficie en las cercanías pueden haber colapsado, creando una caldera de forma irregular en el centro de la estructura”, dice Jolliff.

“Al menos ésa es en la actualidad mi hipótesis favorita de lo que pasó”, dice sonriendo. “Lo que realmente necesitamos para comprobar ésta y otras nuevas teorías sobre la Luna, es una exploración humana sostenida de nuestro más cercano y geológicamente muy interesante vecino espacial”.
Domo lunar
Los rayos de luz rozan un pequeño domo de la región central del terreno en esta imagen, que forma parte de una imagen más grande capturada por la cámara de campo estrecho del orbitador. Este domo fue creado probablemente por lava viscosa, poco frecuente en la Luna y muy diferente de las lavas fluidas que crearon los familiares mares de la cara visible de la Luna. (NASA/GSFC/ASU) Click para ampliar!
 
Fuente: Diana Lutz / Universidad de Washington (St. Louis, EEUU)
 
Mendoza, Argentina, 08 de Octubre de 2011.
 
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