Mẫu đá Mặt trăng tiết lộ những vụ phun trào núi lửa khó hiểu

Các nghiên cứu phân tích mẫu đá được công bố mới đây đều cho thấy, hoạt động của núi lửa trên Mặt trăng tiếp diễn rất lâu so với các giả thuyết trước đây, và núi lửa đã phun trào mà không có sự hỗ trợ của nước và các nguyên tố phóng xạ nóng - các yếu tố thúc đẩy hình thành magma (đá nóng chảy dưới bề mặt thiên thể).

Các nghiên cứu mới đặt ra câu hỏi về việc làm thế nào các thiên thể hành tinh nhỏ như Mặt trăng có thể “tạo ra các vụ phun trào núi lửa trong giai đoạn muộn của vòng đời”, Qing-Zhu Yin, nhà địa hóa học tại Đại học California, Davis, cho biết.

Ngày 1/12/2020, tàu vũ trụ Chang’e-5 của Trung Quốc đã hạ cánh xuống gần Mons Rümker, một núi lửa không hoạt động, thuộc khu vực Oceanus Procellarum, vùng đá bazan do dung nham khô cứng lại tạo thành. Tàu đổ bộ đã khoan và thu thập 1,73 kg đất đá rồi gửi trở lại Trái đất. Khoang chứa các mẫu đã hạ cánh xuống Nội Mông vào ngày 17/12/2021, mang theo các mẫu đất và đá Mặt trăng đầu tiên về Trái đất kể từ năm 1976. Hơn 30 nhà khoa học tại các trường đại học và cơ quan nghiên cứu của Trung Quốc đã nghiên cứu khoảng 1% số mẫu.

Ngày 7/10/2021, một nhóm nghiên cứu đã báo cáo tuổi của đá bazan Chang’e-5 gửi về là 1,97 tỷ năm trên tạp chí Science. Ngày 19/10, niên đại đó được xác nhận bởi một nghiên cứu mới, dẫn đầu bởi Xianhua Li thuộc Viện Địa chất và Địa vật lý (IGG), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Phân tích sự phân rã phóng xạ của các đồng vị trong 47 mẫu đá dung nham cho thấy tuổi của đá là 2,03 tỷ năm, trẻ hơn 1 tỷ năm so với các mẫu từ sứ mệnh Apollo của Mỹ, nhóm của Li báo cáo trên tạp chí Nature.

Tuổi của các mẫu đá mới gây bất ngờ đối cho các nhà khoa học, vì đến nay các nghiên cứu đều cho rằng núi lửa Mặt trăng suy giảm hoạt động nhanh chóng cách đây 3 tỷ năm, khi phần bên trong Mặt trăng nguội đi. Một nghiên cứu khác đăng trên tạp chí Nature, đo thành phần hóa học của các mẫu đất đá mới, làm vấn đề này trở nên bí ẩn hơn nữa. Oceanus Procellarum được cho là giàu các chất phóng xạ kali, uranium và thorium - các nguồn nhiệt trong lớp phủ của Mặt trăng có khả năng làm tan chảy magma trong lớp phủ và gây ra các vụ phun trào núi lửa. Nhưng phân tích thành phần đá dung nham không tìm thấy các nguyên tố này, khá khác biệt với các mẫu Apollo và Luna thu được.

Trong một nghiên cứu thứ ba đăng trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu nhận thấy các mẫu Chang’e-5 thu được rất khô. Thêm một bí ẩn nữa, vì nước làm giảm nhiệt độ nóng chảy của đá và nếu không có nước, các vụ phun trào khó xảy ra hơn. Các nhà nghiên cứu ước tính magma tạo thành mẫu đá này chỉ chứa từ 1 đến 5 phần triệu nước. Trong khi đó hàm lượng nước của lớp phủ tạo thành các mẫu đá Apollo thu được ước tính là 5%, theo Mahesh Anand, nhà khoa học hành tinh từ Đại học Mở ở Milton Keynes, Vương quốc Anh và đồng tác giả nghiên cứu thứ ba này.

Yin nói rằng các nghiên cứu mới đồng loạt đưa ra "một câu hỏi hóc búa thực sự." Làm thế nào mà sự phun trào núi lửa lại xảy ra muộn như vậy, khi bên trong Mặt trăng đã nguội, mà không có nước hoặc các nguyên tố phóng xạ? Theo Yin, các cơ chế có thể xảy ra bao gồm sự gia nhiệt thủy triều từ Trái đất - lực hấp dẫn từ Trái đất tạo ra ma sát làm nóng Mặt trăng, hoặc một lớp đất dày của Mặt trăng đã hoạt động như một tấm chăn giữ nhiệt.