A inversão do manto da Lua pode explicar a sua estranheza química

A Lua é uma grande estranheza no céu, e os cientistas podem ter acabado de perceber uma parte da razão.

A sua superfície apresenta uma assimetria química, e novas provas indicam que isso se deve ao facto de o manto lunar se ter virado completamente ao contrário quando o satélite da Terra ainda era jovem. O que estava no topo passou para baixo; o que se encontrava no interior subiu até à superfície.

Os especialistas em ciência lunar ponderam há décadas a hipótese de uma inversão do manto da Lua. Agora, dispõem de novas evidências que a sustentam. Liderada pelos cientistas planetários Weigang Liang e Adrien Broquet, da Universidade do Arizona, uma equipa de investigadores concluiu que o mapa gravitacional da Lua é mais compatível com este modelo de inversão do manto.

Numa série de simulações, a equipa demonstrou que as anomalias gravitacionais no lado visível da Lua são coerentes com a existência e a localização de rochas densas, compostas por minerais igualmente densos, preservadas desde os primeiros tempos da Lua.

"Esta interpretação é sustentada pela semelhança convincente entre o padrão, a magnitude e as dimensões observados das anomalias gravitacionais e aqueles previstos pelos modelos geodinâmicos dos remanescentes de cumulados com ilmenite", escrevem os investigadores no artigo científico.

Além disso, os investigadores determinaram com precisão o momento desta inversão: há cerca de 4,22 mil milhões de anos, pouco depois de a Lua se ter formado a partir de uma porção da Terra destacada durante uma colisão violenta no início da história do Sistema Solar.

A região KREEP e a superfície da Lua

Uma das particularidades mais invulgares da Lua está relacionada com a sua superfície. No lado visível existe uma área que pode ser descrita como "geoquimicamente estranha". Chamada Terreno KREEP, é rica em metais específicos e inesperados: potássio, elementos de terras raras e fósforo.

O Terreno KREEP também coincide com os mares lunares - grandes planícies basálticas formadas por atividade vulcânica. Este basalto contém elevadas quantidades de um mineral denominado ilmenite. Constituída sobretudo por titânio e ferro, a ilmenite é bastante densa, tal como a rocha que a contém.

Isto é intrigante porque as rochas situadas por baixo têm menor densidade. Com base na densidade, seria de esperar que os cumulados com ilmenite, ou IBCs, tivessem afundado no interior da Lua, enquanto as rochas menos densas teriam subido à superfície.

Tanto o Terreno KREEP como os IBCs podem ser explicados por processos geodinâmicos ocorridos pouco depois da formação da Lua. Enquanto ainda estava quente e pastosa, a Lua terá estado provavelmente coberta por um oceano de magma fundido, que arrefeceu e deu origem à crosta e ao manto.

Neste cenário, à medida que o magma se aproxima do fim do processo de arrefecimento e cristalização, minerais densos como a ilmenite formam uma camada entre a crosta e o manto, enquanto os elementos KREEP se concentram num reservatório líquido.

Esperava-se que estes minerais densos descessem em direção ao núcleo lunar. No entanto, sem modelar os processos físicos que ocorreram no interior da Lua durante a sua formação, os cientistas não podiam confirmar que isso tivesse acontecido.

Também é possível que, após esse mergulho inicial para o interior, os IBCs tenham aquecido e voltado a subir, provocando a inversão do manto. Isto explicaria tanto o Terreno KREEP como os basaltos ricos em titânio que chegaram à superfície através do vulcanismo.

Neste cenário, os dois conjuntos de elementos deveriam ter acabado distribuídos de forma mais ou menos uniforme pelo manto lunar, mas foi precisamente isso que os cientistas não encontraram.

Uma explicação está ligada à Bacia do Polo Sul-Aitken, no lado oculto da Lua: um impacto colossal que criou uma cratera que cobre mais de um quarto da superfície lunar.

Anomalias gravitacionais revelam a inversão do manto lunar

Este impacto gerou um ponto quente que poderá ter provocado a migração do KREEP e da ilmenite para longe do local do impacto, concentrando-os no lado visível da Lua. Como se encontram abaixo da superfície, não é possível observá-los diretamente; contudo, os investigadores perceberam que essa migração deveria ter deixado assinaturas gravitacionais distintas.

Os investigadores criaram modelos da inversão lunar de materiais ricos em ilmenite para analisar os padrões de gravidade gerados pelas concentrações de IBCs sob a crosta lunar.

Os resultados revelaram um padrão poligonal distinto de anomalias gravitacionais lineares. Em seguida, compararam-no com dados recolhidos pelos orbitadores do Laboratório de Recuperação da Gravidade e Interior da NASA (GRAIL), um par de naves espaciais que passou mais de um ano no espaço a cartografar a gravidade superficial da Lua.

Os padrões gerados pelo modelo de inversão do manto lunar corresponderam às observações obtidas pela GRAIL. O modelo mostrou igualmente o tempo necessário para a evolução do padrão, situando a inversão em pelo menos há 4,22 mil milhões de anos.

"As anomalias gravitacionais confirmam a previsão de que o afundamento final destes materiais densos assumiu a forma de descidas em camadas e que estas estruturas podem ser preservadas ao longo da história geológica, ao mesmo tempo que restringem o momento da inversão", escrevem os investigadores.

"Assim, o campo gravitacional lunar preserva um registo crítico da inversão do manto lunar, amplamente considerada um dos acontecimentos definidores da história inicial da Lua, mas cujos detalhes permaneceram desconhecidos até agora."

As conclusões foram publicadas na Nature Geoscience.