新しい研究により、月上のユニークな岩石の形成における重要なプロセスが解明されました。この発見は、その特徴的な組成と月面でのその存在を説明し、科学者たちを長年困惑させてきた謎を解き明かします。 Nature Geoscience誌に1月15日に掲載されたこの研究は、これらのユニークなマグマの形成における重要なステップを明らかにしている。

この写真は、1972 年の NASA のアポロ 17 号ミッション中に、月面の巨大な岩の隣に立っている宇宙飛行士で地質学者のハリソン・H・シュミットを示しています。この研究の科学者たちは、このアポロ計画で得られた岩石サンプルを使用しました。出典: NASA/ジーンサーナン

溶岩を使用した高温実験室実験と月サンプルの高度な同位体分析を組み合わせた結果、その組成を制御する重要な反応が特定されました。

この画像は、アポロ 17 号のミッションで採取された月の岩石 (高チタン玄武岩として知られる) のサンプルを示しており、この研究で分析されたサンプルと同様です。出典: NASA

コア反応

約 35 億年前に月の深部で起こったこの反応には、マグマ中の元素鉄 (Fe) と周囲の岩石中の元素マグネシウム (Mg) の交換が含まれ、溶融物の化学的および物理的特性が変化します。

共同筆頭著者のティム・エリオット氏（ブリストル大学地球科学教授）は、「火山性の月の石の起源は、原始のマグマオーシャンが冷える際にできた不安定な惑星規模の結晶の山の『雪崩』に関わる興味深い話だ」と述べた。

「この壮大な歴史の中心には、月に特有の一種のマグマの存在があります。しかし、このマグマがどのようにして月面に到達し、宇宙ミッションでサンプリングされたのかを説明するのは難しい問題でした。このパズルを解けるのは素晴らしいことです。」

NASA のクレメンタイン宇宙船によって取得された、月面上のチタンの存在量を示す画像。赤い部分は、地上の岩石と比較して非常に高い濃度を示しています。画像出典: 月惑星研究所

高チタン玄武岩について学ぶ

1960 年代と 1970 年代に遡ると、NASA のアポロ計画は、月の地殻から固まった古代の溶岩のサンプルを回収することに成功しました。それ以来、月の表面の一部には驚くほど高濃度のチタン (Ti) 元素が含まれていることが知られていました。最近の周回衛星の地図作成では、「高チタン玄武岩」として知られるこれらのマグマが月面に広範囲に存在していることが示されています。

「これまでのところ、モデルは高チタン玄武岩の基本的な化学的および物理的特性と一致するマグマ組成を再現できていません。共同筆頭著者でミュンスター大学鉱物研究所研究員のマーティン・クラヴァー博士は、「約35億年前の噴火を可能にした低密度を説明するのは特に難しいことが証明されている」と付け加えた。」

この研究実験の電子顕微鏡画像。溶融物 (茶色) が周囲の結晶 (緑色) と反応し、鉄含有量の低い溶融物が生成されます。出典: ブリストル大学/ミュンスター大学

英国のブリストル大学とドイツのミュンスター大学が率いる国際科学者チームは、高温実験を使用して実験室で高チタン玄武岩の形成プロセスをシミュレーションすることに成功した。高チタン玄武岩の測定により、実験で再現された反応の痕跡となる独特の同位体組成も明らかになりました。

どちらの結果も、溶融凝固反応がこれらの独特なマグマの形成を理解するのに不可欠であることを明確に示しています。