Faible rétention de matériaux d'impact par la Lune


Lorsqu’un corps planétaire se forme, des métaux précieux, tels que l’or et l’iridium, sont retirés de son manteau rocheux et passés dans son noyau métallique. Les impacts successifs avec d'autres objets réenrichissent ensuite le manteau en ces éléments – un processus appelé accrétion tardive,. Les mesures des roches lunaires montrent que la Lune est très pauvre en métaux précieux par rapport à la Terre,. Ce déficit implique que le rapport entre la masse ajoutée à la Terre lors de l'accrétion tardive et celle ajoutée à la Lune est supérieur à 1 000: 1, ce qui est sensiblement différent du rapport prédit d'environ 20: 1. Dans, Zhu et al. montrent que la livraison inefficace de matériaux résultant d’effets de coup d’œil, combinée à un stade précoce chaud et fondu sur la Lune, peut expliquer ce rapport anormal entre la masse et l’entrée.

Une analyse de la masse et de la composition de matériel ajouté à un corps planétaire peut être utilisé pour examiner la formation du corps. De plus, l’accumulation tardive est liée à l’apport d’eau et d’autres éléments volatils à la Terre.et ces ajouts sont probablement un facteur clé de l’habitabilité de notre planète. La faible abondance de métaux précieux dans les roches lunaires,, a incité la proposition de modèles concurrents à expliquer le rapport anormal entrée-masse entre la Terre et la Lune.

À un extrême, ces modèles incluent la livraison de matériel par quelques impacteurs massifs (de plus de 2 500 kilomètres de diamètre) qui ont frappé de préférence la Terre.5. D'autre part, la focalisation de petits objets (moins de 10 m de diamètre) sur la Terre aurait pu produire des effets similaires. Il a également été suggéré que la différence d'abondance en métaux précieux entre la Terre et la Lune était due à une diminution du flux d'impacts au cours de la période comprise entre 4,5 et 4,1 milliards d'années., juste après la formation du système solaire. Ces modèles supposent généralement que la Lune conserve environ la moitié de la masse qui lui a été transférée par les impacteurs.

À l'aide de millions de simulations informatiques d'impact, Zhu et ses collègues ont examiné la fraction de masse de l'impacteur pouvant être retenue par les corps planétaires. Les auteurs ont simulé des impacts à différentes vitesses (10 à 20 km par seconde) et selon des angles faibles (20 °) à élevés (80 °) par rapport à la surface du corps (Fig. 1). Ils ont constaté que le matériau des impacteurs plus grands est moins bien retenu que celui des homologues plus petits et que les impacts à angle élevé fournissent au corps une fraction de masse plus importante que les impacts à angle faible.

Figure 1 | Lunar jette un coup d'oeil et frappe directement. une, Zhu et al. montrer que la capacité de la Lune à retenir les matériaux d’un impacteur dépend de l’angle de l’impact par rapport à la surface lunaire. Les impacts à faible angle (coups de regard) peuvent entraîner la perte de 80% du matériau d'impacteur. Le manteau rocheux et le noyau métallique de la lune sont illustrés. b, En revanche, les impacts à angle élevé (impacts directs) entraînent la rétention d’une fraction importante du matériau de l’élément de frappe. Après l'impact (voir encadré), un cratère et le matériau de l'impacteur peuvent être incorporés à la fois dans la croûte lunaire et dans le manteau.

Dans le cas de la Terre, ces résultats impliquent que la rétention de la masse de l'impacteur est généralement élevée pour tous les impacts sauf les plus apparents avec les objets les plus massifs. Pour la Lune, dont la masse ne représente qu'environ 1% de celle de la Terre, plus l'angle d'impact est faible et plus l'impacteur est massif, plus il est probable que du matériau soit perdu, n'atteignant jamais la surface de la Lune ou ne passe pas dans sa surface. intérieur. Utilisation de diamètres de cratère établir la fréquence et la taille des impacteurs frappant la Lune, Zhu et al. ont découvert que la rétention en masse des impacteurs avait probablement changé légèrement au fil du temps et que la rétention moyenne était d'environ 20%, soit environ trois fois moins que les estimations précédentes.

La rétention inefficace des matériaux provenant d'objets frappant la Lune compense partiellement la différence entre les rapports entrée / masse Terre / Lune déterminés théoriquement et géochimiquement. Zhu et ses collègues font ensuite valoir qu’il ya environ 4,35 milliards d’années, environ 50% de la masse des intrants d’accumulation tardive ont été perdus dans l’intérieur ou le cœur de la Lune, et que cette perte explique tout écart subsistant. Plus tard, une fois la lune refroidie, une masse d’apport d’accumulation tardive a été répartie dans le manteau et la croûte lunaires. Les auteurs suggèrent en outre que 300 cratères d’impact de plus de 300 km de diamètre auraient pu exister sur la Lune, mais que moins de 30% de ces cratères sont préservés aujourd’hui en raison de l’érosion due à l’impact ou à un affaissement progressif (relaxation visqueuse). ) des premiers cratères de la croûte chaude lunaire.

La suggestion d'une rétention de masse inefficace due à des impacts de balayage élimine la nécessité des flux d'impact proposés variant dans le temps.. Cependant, l’idée que les métaux précieux ont été perdus au plus profond de l’intérieur ou du noyau de la Lune il ya 4,35 milliards d’années est plus problématique. En l'absence de preuves de l'impact du cratère sur la Lune à cette époque, la géochimie est le seul test valable de cette idée. La perte de métaux précieux dans un noyau métallique peut conduire à la séparation (fractionnement) de ces éléments. Cependant, cet effet chimique n'a pas encore été détecté dans les roches de l'intérieur lunaire.,. De plus, les faibles abondances de métaux précieux estimées pour le manteau lunaire rendent difficile d’envisager comment de telles signatures de fractionnement auraient pu être effacées par une nouvelle accumulation tardive.

Zhu et al. supposons également que les impacteurs pénètrent dans la croûte lunaire, d’une épaisseur d’environ 40 km, conduirait à la pénétration de la totalité du matériau impacteur retenu dans le manteau. Mais, en réalité, ce matériau polluerait à la fois la croûte et le manteau. Enfin, comme seul un nombre relativement restreint de roches lunaires a été analysé, les modèles tels que ceux des auteurs, capables de reproduire les abondances de métaux précieux dans la Lune au moyen de simulations, ont une résolution limitée.

Néanmoins, les nouveaux modèles seront utiles pour comprendre l’évolution des corps planétaires, en particulier de Mars. Les estimations actuelles de la masse d'entrée tardive d'accrétion exprimée en fonction de la masse corporelle totale sont de 0,02%, d'environ 0,5% et jusqu'à 0,7% pour la Lune., Terre et Mars, respectivement. L’estimation pour Mars a été expliquée par la formation précoce de la planète par rapport à la Terre et à la Lune, ainsi qu’à un flux de masse d’entrée constant dans les premiers 50 à 100 millions d’années du système solaire., et impacts impliquant des objets massifs,.

L’extrapolation des modèles de Zhu et ses collègues suggère que Mars, qui ne représente qu’une masse de 11% environ de celle de la Terre, retient moins de matériaux provenant de gros impacteurs que la Terre. En supposant que les deux corps aient été soumis à un nombre similaire d'impacts, cette modélisation impliquerait que Mars ait un flux d'accrétion tardif proportionnellement plus important que celui de la Terre. La combinaison des modèles de géochimie et de formation continuera sans aucun doute à améliorer notre compréhension de la création de la Terre et de ses voisins les plus proches.

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