Agua en la Luna

Cristales volcánicos procedentes de la Luna. Créditos: NASA

Curiosamente los últimos posts que he realizado eran sobre la formación del sistema Tierra-Luna y el encuentro de agua en Marte. Ahora se ha encontrado agua en la Luna examinando las muestras traídas pos las misiones Apolo. Esto demuestra una vez más que si se fue a la Luna y que hay que volver. Las nuevas investigaciones proponen nuevos experimentos que solamente se pueden realizar directamente en la Luna.

Un equipo de investigadores encabezado por el geoquímico Alberto Saal de la Universidad de Brown ha descubierto la primera evidencia de agua en la Luna. Han analizado los cristales volcánicos traídos a la Tierra desde la Luna por diferentes misiones Apolo. Los cristales traídos por el Apolo15 son de color verde y los procedentes del Apolo 11 y 17 son de color naranja. Su origen se cree que es volcánico y la composición de los cristales verdes es rica en magnesio y los de color verde en titanio. Se conocen unas 25 variedades de cristales volcánicos lunares en las zonas de alunizaje.

En la siguiente imagen pueden observar el color naranja del suelo lunar excavado por los astronautas del Apolo17. El color es debido a numerosos cristales esféricos de un diámetro entre 0,1-0,4 mm con un alto contenido en titanio. Encontraran más imagenes y explicaciones en la siguiente página web:http://www.hq.nasa.gov/alsj/a17/a17.summary.html

La mayoría de los cristales lunares se forman por la fusión de las rocas lunares durante el impacto de meteoritos y por tanto estos cristales tienen que tener una composición que los identifique, el elemento diferenciante es el níquel procedente de los meteoritos. En los cristales verdes y naranja no hay níquel y su edad es similar a la de las rocas basálticas de su entorno. Entonces estos pequeños cristales de un tamaño entre 0,1 – 0,4 mm se cree son producto de los mecanismo de erupción volcánica en la superficie lunar.

La teoría de la gran colisión que explica la formación de la Luna sugiere que la mayoría de los elementos más ligeros fueron volatilizados fuera del sistema Tierra-Luna. El hidrógeno es el elemento más ligero y por tanto el más volátil. De esta manera la cantidad de hidrógeno esperada encontrar en la Luna es más bien nula y por tanto no se espera que haya agua. Recordemos que la composición molecular del agua es un átomo de oxigeno y dos de hidrógeno, ver “Espectro Electromagnético”. A partir de los experimentos de los programas lunares se demostró que la Luna no contiene tantos elementos altamente volátiles como la Tierra. En particular se creía que el hidrógeno se perdió completamente en la gran colisión que formo la Luna.

El estudio realizado consiste en determinar la cantidad de compuestos volátiles que existen en los cristales volcánicos, básicamente dióxido de carbono, agua, Flúor, Azufre y Cloro. De esta manera se puede determinar la composición del manto lunar, ya que estos cristales volcánicos son los basaltos más primitivos de la Luna surgidos del interior lunar con la lava. Hay que ir con mucho cuidado puesto que estos cristales han estado en la superficie durante miles de millones de años y la contaminación procedente de fuentes exteriores puede ser importante. Como impactos de meteoritos, viento Solar que puede añadir (implantar) iones en el suelo lunar o arrastrar la alta atmósfera de la Tierra generando un viento terrestre o los rayos cósmicos.

Los últimos avances en espectrometría de masa de iones secundarios, SIMS (Secondary Ion Mass Espectrometry) que consiste en lanzar un haz de iones (primario) sobre una superficie sólida y estudiar los iones que salen (secundarios). De esta manera se puede conocer la composición molecular de la sustancia. Los instrumentos utilizados los pueden encontrar en la siguiente página web: http://www.cameca.fr/html/geo_products.html

Pues bien, los anteriores análisis daban indicios de elementos volátiles pero sin agua. Los resultados actuales con las nuevas técnicas más precisas dan una evidencia positiva a la presencia de agua en los cristales volcánicos lunares y por tanto una prueba de la existencia de agua en el interior lunar. La concentración de agua encontrada oscila entre 4-46 ppm (partes por millón), la de flúor entre 4-40 ppm, azufre entre 115-576 ppm y cloro 0,06-2 ppm.

La concentración de hidrógeno hallada es debida al agua propia del cristal y no resultado de una implantación del viento solar o contaminación en el laboratorio terrestre. Esta afirmación se basa en la variación de la concentración de los compuestos volátiles del cristal. Esta concentración decrece de dentro afuera del cristal, es decir la concentración en el interior es mayor que en la superficie. Especialmente para el agua donde la concentración en el centro es de aproximadamente 30 ppm y va decreciendo hasta 14 ppm en el borde superficial. El mismo comportamiento se encuentra para el Flúor (F), el Cloro (Cl) y el Azufre (S). Esta observación favorece la hipótesis que el agua y los otros compuestos volátiles fueron creados en la luna hace miles de millones de años y seguramente se perdió una gran cantidad en el proceso de la erupción volcánica. Hay que tener en cuenta que la gravedad lunar es seis veces menor que en la Tierra y la velocidad de escape es de 2,38 km/s, esta es la causa que la Luna no tenga atmósfera.

La gráfica de la derecha, muestra la variación de la concentración de agua y cloro dentro de un cristal verde de un tamaño de 130 micrometros. La contaminación procedente del viento solar no puede penetrar más allá de 0,1 micrometros, aunque el hidrógeno se pudiera difundir hasta el interior después de implantarse.

Precisamente la perdida natural por difusión se considera despreciable durante el periodo de 3500 millones de años, ya que la temperatura a en la parte donde toca el sol oscila entre -20 y 0 ºC. Según los modelos aplicados se sugiere que el perfil de concentraciones no ha variado aunque si la concentración. Por el efecto de la erupción volcánica antes comentada y algo habrá perdido durante los 30 millones de años que ha permanecido en la superficie lunar hasta que fue recogida por el Apolo. Según todo esto, la concentración inicial de agua oscila entre 750-260 ppm.

Bien, pero de donde procede el agua?. En la Tierra, la relación entre deuterio y hidrógeno en el agua sugiere que el agua terrestre procede de los meteoritos que cayeron en la Tierra después del cataclismo que formo la Luna. Sucedió lo mismo en la Luna?, para encontrar la respuesta habrá que estudiar la concentración de deuterio respecto el hidrógeno en el agua lunar.

Podría ser que el sistema Tierra-Luna retuviera cantidades de agua de la primitiva Tierra después del impacto o bien que los elementos volátiles se difundieran durante un tiempo entre la Tierra y la Luna justo después del gran impacto pero antes que 4300 millones de años. No se puede establecer cuál fue el mecanismo pero queda claro que a partir de ahora cualquier hipótesis sobre la formación del sistema Tierra-Luna tiene que explicar la presencia de elementos volátiles y agua.

El resultado hallado por el equipo de Saal no invalida la hipótesis de la gran colisión, todo lo contrario, pues encuentra agua en la Luna al igual que en la Tierra, más a favor del gran impacto. Se presupone que toda el agua terrestre es extraterrestre, es decir, proviene del impacto de los meteoritos después de la gran colisión. Es el agua lunar también procedente de los meteoritos?, o quedaba algo del agua original terrestre?. Quedan muchos experimentos por realizar aun.

Si ha tenido la paciencia de leer hasta el final y quizá no ha entendido muy bien que significa el ppm y la velocidad de escape, no se preocupe, intentare explicarlo en el siguiente post.