ROCCE E MINERALI DELLA LUNA

Il valore scientifico dei campioni di suolo lunari (età compresa fra 3 e 4,5 miliardi di anni circa) è inestimabile e permette di

· conoscere la composizione del suolo lunare,
· comprendere alcune questioni aperte inerenti alla genesi del satellite,
· approfondire l’origine del Sistema Solare.

L’assenza di un'atmosfera, di un'idrosfera e di un'attività dinamica interna ha permesso la permanenza sul suolo lunare di tracce delle prime fasi della storia geologica del satellite, conservandone le testimonianze dei primi anni della sua storia evolutiva .
La consistenza del terreno lunare fu ponderata nel 1966 da Luna 9 e Surveyor 1, dimostrando la capacità di sopportare l'allunaggio di mezzi meccanici e l'eventuale passeggiata d'esseri umani.
Nel 1967 Surveyor 5 analizzò la composizione chimica della superficie dei mari lunari, rilevando una stretta analogia con la lava basaltica terrestre.

I dati selenografici più indicativi sono stati ricavati a partire dal 20 luglio 1969, quando l'Apollo 11 atterrò sul suolo lunare: la raccolta di campioni era uno degli obiettivi della missione e, nelle due ore d'attività extraveicolare, gli astronauti Armstrong e Aldrin raccolsero circa 21.5 chilogrammi d'esemplari di rocce.
Le osservazioni dirette compiute permisero di avere informazioni inerenti alla composizione del terreno, che risultò chimicamente simile a quello terrestre, anche se alcuni elementi si presentarono in percentuale alquanto differente.

Tutto il materiale raccolto proviene dal regolite, strato di frammenti polverosi che copre la superficie, spesso dai 10 ai 100 metri, prodotto da impatto di meteoriti cadute nel corso di miliardi d'anni.
Sebbene il paesaggio lunare sia stato profondamente segnato dagli eventi da impatto, di cui è rimasta traccia con i numerosissimi crateri, la frazione di materiale meteorico nel suolo è scarsa, inferiore al 2%. Il fenomeno è spiegabile perché la maggior parte delle meteoriti che cadono sulla Luna è costituita da condriti carbonacee, molto fragili, che si polverizzano al violento impatto.
(Condrite = meteorite litoide (o aerolite), caratterizzata dalla presenza di condrule, agglomerati a forma di piccola sfera di circa 1 mm di diametro.

Le condriti carbonacee hanno un grande interesse cosmochimico, contenendo composti del carbonio, elemento basilare che costituisce la materia vivente.)

Le rocce lunari

L'età delle rocce lunari è legata direttamente alla storia termica della Luna, poiché l'età di una roccia magmatica è segnata dal momento in cui essa si cristallizza.
Le rocce più antiche sono state raccolte dall'Apollo 17, l'ultima missione sulla Luna avvenuta nel dicembre 1972, in cui sono stati rinvenuti frammenti di roccia di 4 miliardi d'anni fa circa e i campioni più belli, rocce di colore arancione, trovati nel cratere Shorty

I campioni lunari sono stati suddivisi in tipi litologici:
Tipo A
Basalto: roccia ignea, cristallina, vescicolare, a grana fine
Tipo B
Gabbro: roccia ignea, cristallina, ricca di cavità, a grana media
Tipo C
Breccia: agglomerato di rocce ignee, particelle minerali, con sferule vetrose e altro materiale del suolo lunare

Tipo D
Suolo lunare: disgregazione delle rocce a causa del costante bombardamento di meteoriti e micro meteoriti

Le rocce cristalline di tipo A e B sono d'origine vulcanica, formate in seguito ad una colata lavica superficiale e costituiscono corpi intrusivi prossimi alla superficie. Le rocce presentano la tessitura caratteristica delle rocce terrestri: la cristallizzazione è avvenuta secondo processi analoghi.
I basalti sono ricchi in vescicole generalmente sferiche, di diametro 1-3 mm, le cui pareti sono spesso delimitate da facce cristalline incluse nella massa di fondo.

Nei gabbri sono stati rinvenuti cristalli di pirroxferroite, nuovo minerale lunare.
Le brecce sono una mescolanza di rocce presenti sul suolo lunare e, probabilmente, sono depositi formatisi in seguito all'impatto di una grande meteorite ad alta velocità. Esse contengono frammenti di roccia di tipo A e di tipo B, oltre a vari tipi di vetri naturali, presumibilmente formati per fusione di frammenti rocciosi superficiali.

A proposito di vetro vulcanico, sul suolo lunare si sono osservati tre tipi di vetro che si differenziano secondo i alasti contenuti all'interno, rispettivamente
· con frammenti vescicolari grigi,
· con frammenti angolosi, incolori o con sfumature brune, gialle o arancio oppure
· con forme sferoidali, ellissoidali di colore variabile dal rosso al bruno, al verde di grandezza intorno ai 100 micron.

Dove sono conservati i campioni lunari?
Il Johnson Space Center della NASA a Houston (Texas, USA) conserva i campioni lunari riportati dalle missioni americane e li mette a disposizione per analisi: in totale 97000 campioni debitamente catalogati sono stati preparati per essere studiati e analizzati da scienziati appartenenti a più di 60 laboratori del mondo che continuano ora lo studio di questi campioni.
http://www.nasa.gov/centers/johnson/about/index.html

I minerali lunari

Durante le missioni lunari furono scoperti tre nuovi minerali:
· Tranquillityte
· Armalcolite
· Piroxferroite
La Pirroxferroite è stato il primo nuovo minerale identificato e il suo colore giallo brillante ne fa sicuramente il minerale più attraente tra quelli trovati sulla Luna. Contiene il 6% di calcio e piccole quantità di manganese, titanio e alluminio ed ha un'origine di bassa pressione e alta temperatura, formandosi per cristallizzazione da un residuo liquido ricco di ferro in rapido raffreddamento. È l’analogo lunare ferroso della pyroxmangite terrestre. Entrambe i minerali hanno 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.

L'Armalcolite, il secondo nuovo minerale identificato nei campioni lunari, ha ricevuto il proprio nome dai tre astronauti dell'Apollo 11, Armstrong, Aldrin e Collins. E' stato trovato in rocce cristalline e nelle brecce sotto forma di piccole aree rettangolari di dimensioni massime di 100-130 micron di colore grigio in luce riflessa. E’ un ossido lunare e ha formula (Mg, Fe) Ti2O5.

Il nome Tranquillityite viene dal Mare della Tranquillità, luogo dell’allunaggio dell’Apollo 11. Il minerale è stato trovato all’interno dei basalti nei mari lunari. I cristalli di tranquillityite si presentano come strisce sottili e appiattite. 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, o colore in relazione con la presenza di titanio.

Sono stati rilevati alcuni minerali silicati nelle rocce lunari, quali pirosseni, plagioclasi, feldspati , olivina, ilmenite, silice.
I pirosseni sono minerali frequenti nella crosta lunare. Lo studio delle lamelle dimostra il loro lento raffreddamento. Si è potuto 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.

I plagioclasi sono i minerali più abbondanti delle rocce costituenti la crosta lunare. Sono generalmente poveri in sodio anche se 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 di fosforo (P) che sono raggruppate sotto l’appellativo KREEP.

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, o fayaliti, sono più rare.
Rispetto alle olivine terrestri, il cromo è più abbondante nelle olivine lunari (fino a 0,6 % in peso), particolarità dovuta al debole grado di ossidazione del cromo (bivalente) in relazione con la debole pressione parziale dell’ossigeno al momento formazione dei basalti dei mari lunari.

Nelle rocce lunari, la silice cristallizza sotto forma di quarzo, di tridimite o di cristobalite. È molto più rara che nella crosta terrestre, a causa dell’evoluzione della crosta lunare con un debole sviluppo della differenziazione magmatica e il contenuto inferiore in acqua.
È interessante costatare che forme di alta pressione della silice, quali la coesite e la stishovite, sono state trovate sulla Terra in relazione ad impatti meteorici, ma questi minerali non sono stati identificati ancora oggi sulla Luna. La mancanza è verosimile poiché la silice è rara sulla Luna e in ambiente lunare la silice fusa evapora assai rapidamente.
I minerali lunari del gruppo della silice si concentrano essenzialmente nelle rocce arricchite in KREEP. Il quarzo è stato trovato solo in rare schegge di cristalli aghiformi.

Anche se piccoli e difficili da studiare, gli zirconi lunari sono importanti per datare i campioni lunari, in particolare le rocce molto antiche che costituiscono le montagne della Luna. La fonte principale di zirconi lunari sono i graniti lunari a elevato tenore di silice, che sembrano particolarmente rari. Il campione 15405, costituito da una breccia composta di monzodiorite a quarzo, si è rivelata possedere un tenore in zirconi pari allo 0,6 %.
Tuttavia la maggior parte degli zirconi lunari si trova in grani isolati nei suoli e nelle brecce lunari, fenomeno 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 un’iniziale Tranquillityite.

Il ferro è stato rinvenuto come minerale accessorio associato alla Troilite (FeS), molto rara sulla Terra, anch’essa minerale accessorio ma piuttosto comune in tutti i tipi di roccia lunare sotto forma di goccioline allungate o ovoidali o come piccole masse interstiziali delle dimensioni massime di 0.3 mm.
Associato alla Troilite, è stato trovato anche il rame nativo, mentre, incluso in grani di ferro, è stata individuata la presenza di stagno. Una lega rame - zinco (ottone), con tenore di rame variabile dal 55% al 70%, è stata scoperta senza però avere corrispondenza all'analogo composto d'origine terrestre, dove lo zinco è sempre molto scarso.

Gli Spinelli nelle rocce lunari so­no stati individuati con composi­zioni altamente variabili in tutti i tipi di rocce, generalmente in gra­ni di 100-200 micron. A differen­za degli equivalenti terrestri, con­tengono elevato valore di Titanio e di Alluminio.


Lunar Mineralogy :
http://curator.jsc.nasa.gov/lunar/letss/Mineralogy.pdf

Major phases
Plagioclase (silicato) Ca2Al2Si2O8
Pyroxene (silicato) (Ca,Mg,Fe)2Si2O6
Olivine (silicato) (Mg,Fe)2SiO
Ilmenite (ossido) FeTiO3
Minor phases
Iron Fe (elementi nativi) (Ni,Co)
Troilite (solfuro) FeS
Silica SiO2
Chromite-spinel (ossidi) FeCr2O4-Fe2TiO4
Apatite (fosfato) Ca5(PO4)(F,Cl)
Rutile TiO2
Ternary feldspar (Ca,Na,K)AlSi3O8
K-feldspar (K,Ba)AlSi3O8
Zircon (silicato) (Zr,Hf)SiO4
New minerals
Armalcolite (ossido) (Mg,Fe)(Ti,Zr)2O5
Tranquillityite Fe8(Zr,Y)2Ti3Si3O24
Pyroxferroite CaFe6(SiO3)7


Curiosità mineralogiche
I 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 sono di origine lunare.

Per approfondire:
La Missione SMART 1 e il futuro delle imprese lunari:
http://www.esa.int/esaCP/SEMOBD7LURE_Italy_0.html