Des scientifiques élucident un vieux mystère concernant la géologie "déséquilibrée" de la Lune
La surface de la Lune est chimiquement asymétrique, déséquilibrée et de nouvelles preuves suggèrent que cela est dû au fait que le manteau de la Lune s’est retourné lorsque la Lune était encore jeune. Ce qui se trouvait au sommet du satellite de la Terre est passé en dessous et ce qui se trouvait en dessous a émergé vers la lumière.
Image d’entête : Illustration schématique d’une carte du gradient de gravité (motif hexagonal bleu) de la face cachée de la Lune et coupe transversale montrant deux puits de cumulats contenant de l’ilménite provenant du renversement du manteau lunaire (explications plus bas). (Adrien Broquet/ Université de l’Arizona & Audrey Lasbordes)
Les spécialistes de la Lune réfléchissent au “retournement du manteau lunaire” depuis des décennies. Cette semaine, de nouvelles preuves viennent étayer cette hypothèse. Dirigée par les planétologues Weigang Liang et Adrien Broquet de l’université d’Arizona, une équipe de chercheurs a découvert que la carte de la gravité de la Lune correspondait le mieux à ce modèle de renversement du manteau.
Il y a plus de 50 ans, les astronautes de la mission Apollo ont ramené de la Lune des roches basaltiques contenant des concentrations étonnamment élevées de titane. Par la suite, des observations par satellite ont montré que ces roches volcaniques riches en titane se trouvaient principalement sur la face cachée de la lune. Mais comment et pourquoi elles sont arrivées là est resté un mystère, jusqu’à aujourd’hui. (NASA/ Université d’Arizona)
Dans une série de simulations, l’équipe a montré comment les anomalies gravitationnelles sur la face proche de la Lune sont cohérentes avec la présence et l’emplacement de roches denses portant des minéraux denses qui ont été préservés depuis les premiers jours de la Lune.
Selon les chercheurs dans leur étude :
Cette interprétation est étayée par la similitude convaincante entre le schéma, l’ampleur et les dimensions des anomalies gravitationnelles observées et ceux prédits par les modèles géodynamiques des restes de cumulats contenant de l’ilménite.
En outre, les chercheurs ont daté avec précision le moment où ce basculement s’est produit : il y a environ 4,22 milliards d’années, peu après la formation de la Lune à partir d’un morceau de Terre qui s’est détaché lors d’une violente collision survenue au début de l’histoire du système solaire.
L’un des aspects les plus étranges de la Lune concerne sa surface. Sur la face cachée se trouve une région que l’on pourrait qualifier de « géochimiquement bizarre ». Connue sous le nom de Procellarum KREEP terrane, elle est riche en métaux spécifiques et inattendus : potassium, terres rares et phosphore. Cette zone chevauche également les mers lunaires, de grandes plaines de basalte résultant d’une activité volcanique. Ce basalte est riche en ilménite. Composée principalement de titane et de fer, l’ilménite est assez dense, comme la roche qui la contient. C’est étonnant, car les roches situées en dessous sont moins denses. Sur la base de la densité, on pourrait s’attendre à ce que des “cumulats contenant de l’ilménite” (voir image d’entête), ou IBC pour ilmenite-bearing cumulates, se soient enfoncés dans la Lune et que les roches moins denses soient remontées à la surface.
La face cachée de la Lune, avec ses plaines de lave solidifiée, ou « mers », riches en titane (au centre), constitue le paysage familier de la Lune depuis la Terre (à gauche). La région de la tache est entourée d’un réseau polygonal d’anomalies gravimétriques linéaires (en bleu sur l’image de droite), interprétées comme les vestiges de matériaux denses qui se sont enfoncés à l’intérieur de la lune. Leur présence constitue la première preuve physique de la nature du renversement global du manteau il y a plus de 4 milliards d’années. (Adrien Broquet/Université de l’Arizona)
Le Procellarum KREEP terrane et les IBC s’expliquent par des processus géodynamiques survenus peu de temps après la formation de la Lune. Alors qu’elle était encore chaude et humide, la Lune était probablement recouverte d’un océan de magma en fusion qui s’est refroidi pour former la croûte et le manteau. Dans ce scénario, lorsque le magma atteint la fin de son processus de refroidissement et de cristallisation, des minéraux denses tels que l’ilménite se forment dans une couche entre la croûte et le manteau, et les éléments KREEP se concentrent dans un réservoir liquide. Ces minéraux denses devraient s’enfoncer dans le noyau lunaire. Mais sans modéliser les processus physiques qui se sont déroulés à l’intérieur de la Lune lors de sa formation, les scientifiques restent dans l’incertitude quant à ce qui s’est passé.
Il est également possible qu’après cette chute initiale vers l’intérieur, les IBC se soient réchauffés et soient remontés, renversant ainsi le manteau. Cela expliquerait à la fois le KREEP terrane et les basaltes riches en titane qui ont été projetés à la surface par le volcanisme. Dans ce scénario, les deux groupes d’éléments auraient dû se retrouver plus ou moins uniformément répartis dans le manteau lunaire, mais ce n’est pas ce que les scientifiques ont découvert.
Changements à l’intérieur de la lune, avec les IBC en vert, et l’anomalie thermique produite par le grand impact en marron. (Adrien Broquet, LPL/Nan Zhang, PKU)
L’une des explications réside dans le bassin Pôle Sud-Aitken, sur la face cachée de la Lune, un impact colossal qui a laissé un cratère couvrant plus d’un quart de la surface de la Lune. Cet impact a produit un point chaud qui aurait pu entraîner la migration du KREEP et de l’ilménite loin du site d’impact, en les concentrant sur la face proche de la Lune. Parce qu’elle se trouve sous la surface, nous ne pouvons pas vraiment la voir, mais les chercheurs ont réalisé qu’une telle migration aurait dû laisser des signatures gravitationnelles distinctes. Ils ont donc construit des modèles de renversement lunaire de matériaux riches en ilménite afin d’observer les modèles de gravité générés par les concentrations d’IBC sous la croûte lunaire.
Leurs résultats ont mis en évidence un modèle polygonal distinct d’anomalies gravimétriques linéaires. Ils ont comparé ces résultats aux données recueillies par les orbiteurs GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) de la NASA, deux sondes spatiales qui ont passé plus d’un an dans l’espace à cartographier la gravité à la surface de la Lune. Les schémas produits par le modèle de renversement du manteau lunaire correspondaient aux observations recueillies par GRAIL. Le modèle a également révélé le temps nécessaire à l’évolution du modèle, ce qui permet de situer le renversement à il y a au moins 4,22 milliards d’années.
Selon les chercheurs
Les anomalies gravimétriques confirment la prédiction selon laquelle l’enfoncement final de ces matériaux denses s’est fait sous la forme d’ondes descendantes en forme de nappe et que ces caractéristiques peuvent être préservées tout au long de l’histoire géologique, tout en contraignant le moment du renversement. Ainsi, le champ de gravité lunaire conserve un enregistrement essentiel du renversement du manteau lunaire qui a été largement postulé comme étant l’un des événements déterminants de l’histoire lunaire précoce, mais dont les détails sont restés inconnus jusqu’à présent.
L’étude publiée dans la revue Nature Geoscience : Vestiges of a lunar ilmenite layer following mantle overturn revealed by gravity data et présentée sur le site de l’Université d’Arizona : How the moon turned itself inside out.