O manto da Lua pode ter virado completamente há 4,22 bilhões de anos

Os pesquisadores sugerem que, logo após a formação, há cerca de 4,22 bilhões de anos, o manto da Lua virou completamente. A rocha derretida densa na superfície teria fluído para o manto e depois retornado à superfície à medida que a lava flui. Esse fenômeno explica a assimetria da estrutura geoquímica e as anomalias gravitacionais associadas.

Há cerca de 4,5 bilhões de anos, um corpo planetário do tamanho de Marte colidiu com a Terra, destruindo uma grande quantidade de rocha em um evento conhecido como "impacto gigante". Os detritos derretidos então se juntaram e se solidificaram para formar a Lua.

No entanto, embora muitas observações concordem com essa hipótese, os detalhes de exatamente como esse evento se desenrolou permanecem parcialmente desconhecidos. De acordo com amostras trazidas pelas missões Apollo, as rochas na superfície da Lua são ricas em ilmenita (um mineral que contém titânio e ferro), indicando uma densidade surpreendentemente alta para rochas localizadas no nível da crosta lunar. Mais tarde, observações de satélite mostraram que essas rochas estão principalmente no lado visível (da Terra) da Lua. A questão de como e por que eles são distribuídos dessa forma permaneceu até agora sem resposta.

Por outro lado, os pesquisadores já assumiram que essas rochas se formaram a partir de magma resfriado. No início de sua formação, a Lua estava completamente coberta de magma derretido. À medida que o magma esfriava, ele formava o manto lunar e as crostas basálticas escuras que formam os mares lunares. No entanto, a distribuição das rochas no manto é completamente desigual.

"Como esses minerais pesados são mais densos do que o manto embaixo, isso cria instabilidade gravitacional, e esperamos que essa camada afunde mais profundamente no interior da Lua", explica Weigang Liang em um comunicado de imprensa da Universidade do Arizona. Ao longo dos milênios após a formação da Lua, esse material denso afundou no interior e se misturou com o manto, depois retornou à superfície na forma de fluxos de lava.

No entanto, "há poucas evidências físicas que lançam luz sobre a sequência exata de eventos neste momento crítico da história lunar, e há muita discordância sobre os detalhes do que aconteceu", diz Jeff Andrews-Hannah, também pesquisador da Universidade do Arizona. Em um novo estudo publicado recentemente na revista Nature Geoscience, ele e seus colegas descobrem novas pistas sobre como esse processo se desenrolou.

O lado visível da Lua, com áreas escuras cobertas por depósitos de fluxo vulcânico ricos em titânio (centro), é a visão familiar da Lua da Terra (esquerda). A região marinha é cercada por um padrão poligonal de anomalias gravitacionais lineares (azul na imagem à direita), que são interpretadas como os restos de material denso que afundou na subsuperfície.

Estrutura fundamentalmente desequilibrada

Simulações anteriores sugeriram que rochas ricas em ilmenita migraram para o lado visível da Lua como resultado de um grande asteroide atingindo o lado oculto da Lua. Como resultado, a rocha derreteu e migrou para longe do local da colisão. O material fundido então penetrou no interior do manto através de uma rede de galerias com um padrão geométrico semelhante a folhas. Densas acumulações de rocha derretida subiriam então ao nível da crosta como resultado do vulcanismo. Tal configuração gravitacionalmente instável provavelmente levou a uma inversão global do manto.

Como parte de seu novo estudo, cientistas da Universidade do Arizona compararam resultados de simulação com dados de anomalias gravitacionais coletados pela missão Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) da NASA. Esses dados, coletados em 2011-2012 nas regiões ao redor dos mares lunares, sugerem uma mudança significativa na densidade das rochas.

Ilustração esquemática incluindo um mapa do gradiente gravitacional da face visível da Lua e uma seção transversal mostrando dois afloramentos de rocha derretida contendo ilmenita no manto lunar.

Os especialistas descobriram que as assinaturas gravitacionais registradas pela missão GRAIL são consistentes com simulações que indicam o deslocamento da camada ilmenita e a inversão global do manto lunar. "O material ilmenita migrou para o lado visível e caiu em cascata nas profundezas, deixando para trás restos que causaram anomalias no campo gravitacional da Lua, como mostrado pelo GRAIL", explica Liang. A equipe estima que esse evento ocorreu há cerca de 4,22 bilhões de anos, logo após a Lua começar a se formar.

Diagrama mostrando mudanças dentro da Lua: aglomerados de ilmenitas são mostrados em verde, e anomalias térmicas causadas por um impacto gigante são mostradas em marrom.

No geral, esses resultados confirmam que a estrutura da Lua é fundamentalmente desequilibrada. Os resquícios dos eventos que levaram a esse desequilíbrio são claramente visíveis em sua distribuição gravitacional. No entanto, a estrutura das densas redes de infiltração de rochas e os processos geológicos exatos que levaram a essa migração permanecem obscuros.