Minerali lunari
Campioni riportati dalle missioni lunari
Il problema incontrato dai mineralogisti che si occupano di mineralogia lunare è quello della scarsità di materiali lunari suscettibili di essere studiati.
Esistono infatti due fonti di rocce e di minerali lunari, e sono:
Campioni riportati dalle missioni lunari
Una quantità di 382 Kg di rocce lunari diverse comprendenti 2196 campioni sono stati riportati dalla Luna dalle 6 missioni americane del programma Apollo che hanno raggiunto la Luna fra il 1969 e il 1972. Dobbiamo anche aggiungere circa 300 g di rocce lunari riportate dalle 3 missioni russe del programma automatico Luna.
Questi campioni hanno contribuito a una migliore conoscenza della Luna e degli inizi del sistema solare. Uno dei loro principali interessi è di poter essere datati grazio ai metodi radiocronologici. Il Johnson Space Center della NASA situato a Houston (Texas, USA) è incaricato di conservare i campioni lunari riportati dalle missioni americane e di preparare quelli che possono essere messi a disposizione degli scienziati. In totale 97000 campioni debitamente catalogati sono stati preparati al Johnson Space Center per poter essere studiati e analizzati. Ancora oggi, più di 25 anni dopo le missioni lunari, scienziati appartenenti a più di 60 laboratori del mondo intero continuano lo studio di questi campioni e sono 1100 quelli così preparati e mandati ai ricercatori ogni anno.
I campioni studiati, non deteriorati o distrutti dalle analisi, vengono poi rimandati alla NASA.
In conseguenza della loro età, compresa fra 3 e 4,6 miliardi di anni, età che sono raramente incontrate nelle rocce terrestri, i campioni di rocce lunari si rivelano preziosi per approfondire le nostre conoscenze sulle origini del sistema solare.
Gli studi degli isotopi lunari e terrestri hanno permesso di apportare qualche contributo all’ipotesi della formazione della Luna per collisione fra un corpo delle dimensioni pari a quelle di Marte con la Terra poco tempo dopo la formazione del sistema solare.
Si è appreso ugualmente che la crosta lunare si è formata 4,4 miliardi di anni fa. La sua formazione e l’intenso bombardamento di meteoriti e di colate laviche conseguenti sono registrati nelle rocce. I suoli che ricoprono la crosta lunare dal momento della sua formazione sono stati sottoposti all’irradiazione dei raggi solari e hanno così registrato l’attività solare nel corso del tempo.
Dei minerali nuovi come la tranquillityite o l’armalcolite sono stati trovati inizialmente nelle rocce lunari. Successivamente sono stati trovati sulla Terra.
Silicati
Prosseni
Feldspati plagioclasi
Olivine
Minerali del gruppo della silice
Ossidi
Ilmenite
Spinelli
Armalcolite
Altri ossidi (cromite)
Solfuri
Troilite
Altri solfuri
Elementi nativi
Ferro nativo
Altri elementi nativi
Fosfati
Apatite
Whitlockite
Minerali di origine meteoritica
Schreibersite
Cohenite
Niningerite
Lawrencite
Silicati lunari
Pirosseni
I pirosseni sono uno dei gruppi di minerali fra i più frequenti nella crosta lunare.
Lo studio delle lamelle di essoluzione nei pirosseni lunari, in particolare quelle dei clinopirosseni nell’augite e nella pigeonite, ha mostrato che questi minerali si erano formati al momento della reazione a temperature inferiori a quella del loro punto di fusione. Questi stessi studi hanno anche mostrato che i pirosseni lunari si erano raffreddati lentamente. Si è potuto così dedurre che una colata di basalto di 6 metri di spessore situata nel luogo dell’allunaggio dell’Apollo 15 si era raffreddata a una velocità di 0,2-1,5 gradi per ora.
Sono state ugualmente fatte rare osservazioni che hanno rivelato all’interno dei cristalli di pirosseni lunari delle lamelle d’urto formatesi al momento dell’impatto meteoritico.
Nelle rocce cristalline come l’anortosite, la composizione chimica dei pirosseni mostra una maggior contenuto di magnesio anziché di ferro.
Feldspati plagioclasi
La maggior parte dei feldspati lunari appartengono alla famiglia dei plagioclasi.
I feldspati plagioclasi sono i minerali più abbondanti delle rocce costituenti la crosta lunare.
Allo stato attuale delle conoscenze, i contenuti in anortite dei plagioclasi di differenti rocce lunari sono:
basalti dei mari lunari dal 15 al 35%
anortositi dal 40 al 98% (>70% più abbondanti)
brecce cristalline dal 50 al 75%
brecce vetrose dal 15 al 50%
suoli dal 10 al 60%
Statisticamente i plagioclasi lunari sono più poveri in sodio e dunque più vicini al termine anortite di quelli trovati sulla Terra. I plagioclasi più sodici sono stati trovati nelle formazioni delle highlands lunari (catene montagnose lunari) e in particolare nelle rocce arricchite di potassio (K), in terre rare (=Rare Earth Elements o REE) e in fosforo (P) che vengono raggruppate sotto l’appellativo KREEP.
Olivine
L’olivina è il maggiore componente delle rocce che formano le rocce lunari.
All’interno dei basalti dei mari lunari le olivine hanno una composizione che va dal 30 all’80% in forsterite (termine magnesico delle olivine). Le olivine più ferrose, la fayalite (meno del 30% di forsterite) sono più rare, benché dei cristalli di fayalite quasi pura siano stati trovati nei basalti più recenti dei mari lunari, che sono al contempo i più ricchi in ferro. Le impurità principali delle olivine lunari sono il calcio, il manganese, il cromo e l’alluminio. È stato notato che il cromo era più abbondante nelle olivine lunari (fino a 0,6 % in peso) che in quelle terrestri. Ciò è probabilmente dovuto al debole grado di ossidazione del cromo (cromo bivalente) da mettere in relazione con la debole pressione parziale dell’ossigeno al momento della messa a posto dei basalti dei mari lunari. Nello stesso modo si nota un contenuto di cromo anormalmente elevato all’interno di pirosseni degli stessi basalti.
Minerali del gruppo della silice
Nelle rocce lunari, la silice cristallizza sotto forma di quarzo, di tridimite o di cristobalite. La silice è molto più rara nelle rocce della crosta lunare che in quelle della crosta terrestre. Questo si può spiegare con una evoluzione meno spinta della crosta lunare e un più debole sviluppo della differenziazione magmatica. Un’altra ragione è il contenuto inferiore in acqua.
È interessante constatare che se delle forme di alta pressione della silice, quali la coesite e la stishovite sono stati trovati sulla terra in relazione con degli impatti meteoritici, questi minerali non sono stati identificati ancora oggi sulla luna, cosa che è verosimilmente da mettere in relazione con la rarità della silice sulla luna e con l’evaporazione rapida della silice fusa sotto vuoto.
I minerali lunari del gruppo della silice si concentrano essenzialmente nelle rocce arricchite in KREEP. Il quarzo è stato trovato in schegge felsitiche sotto forma di cristalli aghiformi che sembravano provenire da una trasformazione di una tridimite originale.
Si è ugualmente trovato del quarzo nei rari frammenti di granito lunare raccolti.
La forma cristallizzata di silice più comune nei basalti dei mari lunari è la cristobalite, che può arrivare sino al 5% in certi basalti. Vi si osserva talvolta l’inversione di una parte della cristobalite in tridimite.
Altri silicati lunari
Zircone
Benchè rari, piccoli e difficili da studiare, gli zirconi lunari si sono rivelati estremamente importanti per datare i campioni lunari, in particolare le rocce molto antiche che costituiscono le montagne della luna. Inoltre gli zirconi tendono a registrare bene le tracce di fissione. La fonte principale di zirconi lunari sono i famosi graniti lunari a elevato tenore di silice, che sembrano particolarmente rari. Il campione 15405, costituito da una breccia composta da monzodiorite a quarzo, si è rivelata possedere un tenore in zirconi pari allo 0,6 %.
Tuttavia la maggior parte degli zirconi lunari sono trovati in grani isolati nei suoli e nelle brecce lunari. Questo è dovuto alla rarità dei graniti lunari e alla longevità degli zirconi. Sono stati ugualmente trovati in inclusioni metamorfiche all’interno di basalti dove derivano verosimilmente da una iniziale tranquillityite.
Pyroxferroite.
È l’analogo lunare ferroso della nostra pyroxmangite terrestre. I due minerali hanno per formula (Mn, Fe) Si O3, tuttavia la pyroxmangite non contiene mai più del 25 % di ferro, mentre la pyroxferroite è più ricca di questo metallo e non è mai stata trovata sulla Terra.
La pyroxferroite è stata trovata nei basalti lunari ricchi di ferro e in particolare in quelli dei mari lunari.
Granati
La NASA ritiene che i granati trovati nei campioni riportati dalla luna possano essere il risultato di una contaminazione e in questo caso non essere di origine lunare.
Tranquillityite
Il nome di questo minerale deriva da quello del Mare della Tranquillità, luogo dell’allunaggio dell’Apollo 11. Il minerale è stato trovato all’interno dei basalti nei famosi mari lunari. I cristalli di tranquillityite si presentano come strisce sottili e appiattite di lunghezza inferiore a 100 m . Questo minerale è spesso associato all’apatite e alla pyroxferroite all’interno di piccole tasche e sembrano essere stati fra gli ultimi minerali che si sono formati. La tranquillityite è translucida e non pleocroica. Vista in lamelle sottili e a luce trasmessa, appare di colore rosso profondo. Questo colore è da mettere in relazione con la forte presenza di titanio.
Ossidi lunari
Il gruppo della pseudobrookite o dell’armalcolite si compone di minerali di formula generale X2YO5. I siti X e Y sono di coordinazione ottaedrica, questo permettendo una sostituzione in larghe proporzioni fra ferro bivalente e trivalente, magnesio, alluminio e titanio. I membri estremi principali del gruppo sono: la pseudobrookite (Fe2TiO5), la ferropseudobrookite (FeTiO5) e l’armalcolite (Mg, Fe) Ti2O5.
Lo studio della zonazione all’interno degli spinelli è utilizzato come indicatore della cronostoria di cristallizzazione dei basalti dei mari lunari. È stata scoperta sulla luna anche della cromite.