L'année dernière, les scientifiques ont réexaminé les données sismiques collectées par les expériences de l'ère Apollo et ont découvert que le manteau inférieur de la Lune, la partie près de la frontière noyau-manteau, est partiellement fondu (par exemple, Apollo Data Retooled pour fournir des lectures précises sur la Lune). Core, Space Magazine, 6 janvier 2011). Leurs résultats suggèrent que les 150 km les plus bas du manteau contiennent de 5 à 30% de liquide en fusion. Sur Terre, ce serait assez de fonte pour qu'elle se sépare du solide, s'élève et éclate à la surface. Nous savons que la Lune avait un volcanisme dans le passé. Alors, pourquoi cette fonte lunaire n'éclate-t-elle pas à la surface aujourd'hui? De nouvelles études expérimentales sur des échantillons lunaires simulés pourraient apporter des réponses.
On soupçonne que les magmas lunaires actuels sont trop denses, par rapport à leurs roches environnantes, pour remonter à la surface. Tout comme l'huile sur l'eau, les magmas moins denses flottent et s'infiltrent au-dessus de la roche solide. Mais, si le magma est trop dense, il restera où il est, ou même coulera.
Motivée par cette possibilité, une équipe internationale de scientifiques, dirigée par Mirjam van Kan Parker de l'Université VU d'Amsterdam, a étudié le caractère des magmas lunaires. Leurs résultats, récemment publiés dans le Journal Nature Geoscience, montrent que les magmas lunaires ont une gamme de densités qui dépendent de leur composition.
Mme van Kan Parker et son équipe ont pressé et chauffé des échantillons fondus de magma, puis ont utilisé des techniques d'absorption des rayons X pour déterminer la densité du matériau à une gamme de pressions et de températures. Leurs études ont utilisé des matériaux lunaires simulés, car les échantillons lunaires sont considérés comme trop précieux pour une telle analyse destructrice. Leurs simulants ont modélisé la composition des verres volcaniques verts Apollo 15 (qui ont une teneur en titane de 0,23% en poids) et des verres volcaniques noirs Apollo 14 (qui ont une teneur en titane de 16,4% en poids).
Des échantillons de ces simulants ont été soumis à des pressions allant jusqu'à 1,7 GPa (la pression atmosphérique, à la surface de la Terre, est de 101 kPa, soit 20 000 fois moins que ce qui a été réalisé dans ces expériences). Cependant, les pressions à l'intérieur de la lune sont encore plus importantes, dépassant 4,5 GPa. Ainsi, des calculs informatiques ont été effectués pour extrapoler à partir des résultats expérimentaux.
Les travaux combinés montrent que, aux températures et pressions généralement présentes dans le manteau lunaire inférieur, les magmas à faible teneur en titane (verres verts Apollo 15) ont des densités inférieures à celles du matériau solide environnant. Cela signifie qu'ils sont flottants, devraient remonter à la surface et éclater. En revanche, les magmas à haute teneur en titane (verres noirs Apollo 14) se sont révélés avoir des densités à peu près égales ou supérieures à leur matériau solide environnant. On ne s'attend pas à ce que ceux-ci augmentent et éclatent.
Puisque la Lune n'a aucune activité volcanique active, la fonte actuellement située au bas du manteau lunaire doit avoir une densité élevée. Et les résultats de Mme van Kan Parker suggèrent que cette fusion devrait être faite de magmas à haute teneur en titane, comme ceux qui ont formé les lunettes noires Apollo 14.
Cette découverte est importante, car les magmas riches en titane se seraient formés à partir de roches mères riches en titane. Ces roches représentent la lie qui a été laissée à la base de la croûte lunaire, après que tous les minéraux de plagioclase flottants (qui composent la croûte) ont été pressés vers le haut dans un océan de magma mondial. Étant denses, ces roches riches en titane se seraient rapidement enfoncées jusqu'à la limite noyau-manteau lors d'un renversement. Un tel renversement avait même été postulé il y a plus de 15 ans. Maintenant, ces nouveaux résultats passionnants fournissent un support expérimental pour ce modèle.
Ces roches denses et riches en titane devraient également contenir beaucoup d'éléments radioactifs, qui ont tendance à se laisser distancer lorsque d'autres éléments sont préférentiellement absorbés par des cristaux minéraux. La chaleur radiogène résultante de la désintégration de ces éléments pourrait expliquer pourquoi certaines parties du manteau lunaire inférieur sont encore suffisamment chaudes pour être fondues. Mme van Kan Parker et son équipe spéculent en outre que cette chaleur radiogène pourrait également aider à garder le noyau lunaire partiellement fondu même aujourd'hui!
Sources:
Les rayons X illuminent l'intérieur de la Lune, Science Daily, 19 février 2012.
Flottabilité neutre des masses fondues riches en titane dans l'intérieur lunaire profond, van Kan Parker et al. Nature Geoscience, 19 février 2012, doi: 10.1038 / NGEO1402.
