Quando e como é que a Lua se formou?

Novos estudos oferecem cenários contrastantes para fazer a Lua. Um defende um grande splat no início da história do sistema solar; um segundo prevê uma pontuação de golpes menores que construíram a Lua ao longo do tempo; e um terceiro sugere que a água foi envolvida.

Dado o tesouro de amostras lunares em mãos e o poder das análises laboratoriais modernas, seria de pensar que por esta altura os geoquímicos já deveriam ter pregado completamente a forma exacta como a Lua se formou. Mas não é assim – de facto, ainda há muito debate sobre como a Terra se formou.

Aqui está o problema básico: há cerca de 30 anos atrás, os dinâmicos mostraram que um corpo aproximadamente a massa de Marte poderia ter atingido a Terra com um golpe de relance e ejectado detritos suficientes em órbita para recolher para um objecto do tamanho da Lua. Em praticamente todas essas simulações, a maior parte do que acaba na Lua veio do impactor e não da Terra.

Mas as amostras lunares Apollo (e Luna), para não mencionar os meteoritos lunares, mostram que a Lua e a Terra têm composições muito semelhantes. Para além da sua falta de ferro e extrema falta de água, as rochas lunares correspondem aos rácios isotópicos da Terra para os elementos de diagnóstico geochemico titânio, cálcio, silício, e (especialmente) oxigénio e tungsténio. Isto realmente coloca os dinâmicos num canto – apenas em casos raros, 1% ou 2% das vezes, as suas simulações produzem uma Lua com uma composição semelhante à da Terra. Há também um problema de afinação do impacto para produzir o impulso angular do actual sistema Terra-Lua.

Eu escrevi sobre possíveis soluções para estes enigmas (ou será “conundra”?) aqui e aqui, mas nenhuma ideia verifica todas as caixas. Pode-se imaginar que o impactor gigante e o proto-Terra tinham composições quase idênticas – mas estatisticamente e intuitivamente isso parece improvável.

Na Geosciência da Natureza de 9 de Janeiro, os investigadores israelitas Raluca Rufu, Oded Aharonson, e Hagai Perets argumentam que a noção de um impacto único e gigantesco está errada. Em vez disso, propõem que a Terra sofreu dezenas de impactos menores (mas ainda potentes) com objectos que variam entre 1% e 10% da sua massa, cada um dos quais ejectou detritos para um disco em órbita. Os anéis coagularam rapidamente em luas, e as interacções das marés com os jovens, na sua maioria Terra derretida, conduziram depois cada um deles para fora. Ao longo do tempo acumularam-se na Lua.

Esta abordagem produz uma composição lunar que é uma amálgama de muitas composições, o que facilita as restrições isotópicas inabaláveis. As contribuições mais parecidas com a Terra vieram de colisões quase frontais que penetraram profundamente no manto do nosso planeta. Um par de golpes de relance no final do processo poderia ter afinado o impulso angular do sistema para corresponder ao que existe agora.

p>As Gareth Collins (Imperial College, Londres) nota num News & Views perspective, “Impactos de formação de lua de baixa energia deixariam partes da Terra incólumes”. Os distintos reservatórios geoquímicos terrestres podem, portanto, ter sobrevivido à formação da Lua”. E, de facto, os investigadores identificaram porções do manto terrestre que são incompatíveis com o resto do nosso planeta.

Fazer a Lua: Lento ou Rápido?

A montagem fragmentada prevista pela equipa israelita teria levado muito tempo, talvez até 100 milhões de anos – e isso abre outro aspecto do debate lunar-formacão. Alguns cientistas planetários argumentaram, na sua maioria por motivos geoquímicos, que a Lua poderia ter-se formado 150 a 200 milhões de anos após o início do sistema solar. Outros afirmam que ela apareceu muito mais cedo, dentro de algumas dezenas de milhões de anos.

Outra nova análise, publicada a 11 de Janeiro em Science Advances, sustenta que a Lua se uniu à pressa e se tinha solidificado na sua maioria há 4,51 mil milhões de anos, ou 60 milhões de anos após o nascimento do sistema solar. As provas, dizem Mélanie Barboni (Universidade da Califórnia, Los Angeles) e seis colegas, são encontradas em oito pequenos grãos do mineral zircónio (ZrSiO4), recolhidos pelos astronautas da Apollo 14, nos quais encontraram vestígios de urânio, chumbo, e háfnio utilizado para datação isotópica da idade.

Anoseveral há um grupo de investigação diferente tinha analisado estes mesmos grãos, e também chegou a uma idade de formação precoce. Mas esse resultado tinha grandes incertezas, devido às técnicas utilizadas. A equipa de Barboni redefiniu a datação por idade, medindo cuidadosamente os isótopos de chumbo resultantes da decomposição radioactiva do urânio-235 e -238 e também testando a decomposição do lúteo ao háfnio. Finalmente, os investigadores também corrigiram a exposição das amostras lunares aos raios cósmicos, o que pode enviesar os rácios isotópicos. Eles sentem que a idade resultante de 4,51 biliões de anos tem uma incerteza de não mais de 10 milhões de anos – e que a Lua pode realmente ser mais velha.

Além disso, os grãos de zircónio da Apollo 14 presumivelmente cristalizados do oceano magma lunar profundo (LMO) que existiu logo após a Lua se ter reunido. Isto teria acontecido se a Lua se tivesse reunido como detritos brancos quentes após um impacto único e catastrófico com a Terra – mas é menos provável que dezenas de pequenas luas arrefecidas coagulassem num único todo.

Atirar Água ao Problema

Como se o Como e Quando da formação da Lua não fossem suficientemente complicados, uma terceira nova análise argumenta que – apesar da sua extrema secura actual – a Lua provavelmente continha muita água quando se formou. Na mesma edição da Nature Geoscience, Yanhao Lin (Vrije Universiteit Amsterdam) e três outras descrevem as suas tentativas experimentais de imitar como o oceano magma da Lua se solidificou. Minerais de menor densidade teriam flutuado até ao topo, formando uma crosta.

Apresentam que o conjunto de minerais encontrados hoje na crosta lunar – combinado com a sua espessura – argumentam que a água fazia parte da mistura a uma concentração de 270 a 1.650 ppm. Isto pode não parecer muito – mas se se provasse ser verdade, haveria implicações significativas.

“Um início húmido da Lua, juntamente com as fortes semelhanças entre a composição da Lua e a composição do silicato da Terra”, conclui a equipa de Lin, “sugere que concentrações igualmente elevadas de água estavam presentes na Terra na altura do evento de formação da Lua”

Raluca Rufu et al. “A Multiple-Impact Origin for the Moon”. Geosciência da Natureza. 9 de Janeiro de 2017.

Gareth S. Collins. “Punch Combo ou Knock-out Blow?” Geosciência da Natureza. 9 de Janeiro de 2017.

Mélanie Barboni et al. “Early Formation of the Moon 4.51 Billion Years Ago.”. A ciência avança. 11 de Janeiro de 2017.

Yanhao Lin et al. “Evidência para uma Lua Húmida Precoce da Cristalização Experimental do Oceano Magma Lunar”. Nature Geoscience. 9 de Janeiro de 2017.

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