La USAL investiga rocas lunares para el comportamiento del agua en la Luna

Cuando se cumplen 50 años de la llegada del hombre a la Luna, la comunidad científica internacional sigue volcada en el estudio y en la explicación de la presencia de agua en el satélite. En esta tarea, el estudio de las rocas lunares que fueron recogidas en las diferentes misiones tripuladas Apolo –un total de 382 kilogramos de rocas y muestras del suelo lunar- sigue siendo fundamental para la comprensión acerca de su formación y la de otros cuerpos celestes.

En este contexto, la Universidad de Salamanca ha logrado por primera vez participar en un estudio con muestras procedentes de las misiones Apolo 11 y 14 cedidas por la NASA que se acaba de publicar en la revista Geosciences, y en el que se explica cómo los minerales clave (fosfatos hidratados) que cristalizan en los “mares de basalto” lunares revelan el contenido en agua original de los magmas parentales que hay en profundidad de la luna.

El artículo, liderado por el profesor del Departamento de Geología de la Universidad de Salamanca Antonio Álvarez Valero, también aporta un nuevo método de investigación basado en la petrología y geoquímica clásicas para analizar el comportamiento del agua y otros volátiles.

“Lo singular de la metodología pasa porque este tipo de rocas de la Luna, de Marte o de meteoritos, de tan difícil acceso, son estudiadas normalmente con la tecnología y la maquinaria analítica más puntera por grupos de cosmología y la NASA; pero nosotros hemos trabajado con la roca en la forma tradicional, integrando en este orden el estudio microscópico de las texturas, la composición química de la roca en su conjunto y de cada mineral individualmente, y los modelos termodinámicos, para intentar entender el comportamiento y evolución de los componentes de la roca y sus relaciones de equilibrio”, explica el investigador a Comunicación de la Universidad de Salamanca, y añade: “Nuestro enfoque desde la perspectiva petrológica, y que no destruye la muestra rocosa, se ha revelado como una excelente herramienta complementaria a las técnicas avanzadas de análisis cosmoquímico directo de los volátiles en la roca, y que sí destruyen la muestra”.

Avances en el estudio del comportamiento del agua lunar

Con este enfoque preliminar, el trabajo del profesor de la Facultad de Ciencias de la USAL se centró en entender cómo se han formado en origen dentro del magma lunar los minerales hidratados que revelan la presencia de agua en la Luna. “No hay técnica actual que te pueda dar información de una roca lunar en su origen porque ya ha evolucionado en el momento de estudio, pero con nuestro método, aplicando el balance de masas geoquímico siempre con los detalles que ofrece la propia roca (estudio petrográfico), se puede trazar y describir cómo se han comportado esos hidrógenos durante la evolución del magma. Es como ir de alguna manera hacia atrás en el tiempo en esa historia magmática desde el punto de vista más petrológico”, asegura Antonio Álvarez Valero.

Tradicionalmente, los estudios científicos describían a la Luna como un cuerpo anhidro, hasta que se obtuvieron medidas directas de hidrógeno (en concentraciones ínfimas de partes por millón) dentro de un mineral, un fosfato hidratado llamado apatito que cristaliza en los “mares de basalto” lunares (las típicas áreas oscuras redondeadas que observamos desde la Tierra). Fue entonces cuando el estudio de estos minerales de fosfato en la comunidad científica se convirtió en fundamental para entender la evolución de los elementos volátiles (y por tanto del agua) durante el magmatismo planetario en general, y lunar en particular.

Así, en este trabajo de la Universidad de Salamanca, se ha estudiado la evolución de los volátiles considerando todo el sistema completo del “mar de basalto”, es decir, del material fundido conjuntamente a los fosfatos y resto de minerales.

“Esta idea no se había aplicado aún para este tipo de rocas no terrestres, pero ha resultado ser una pieza esencial como complemento al resto de técnicas y metodologías cosmológicas típicamente utilizadas en estos problemas de geología planetaria”, apunta el investigador.

Diferentes trozos de la roca lunar 10003 recogida en la misión Apolo 11 (S75-28696 NASA/JSC). Una de las porciones ha sido la estudiada en esta investigación.

Los resultados permiten identificar en qué líquido inmiscible cristaliza el fosfato de interés (existen diferentes generaciones), y cómo los volátiles se reparten entre otras fases y minerales como el vidrio rico en K, el clinopiroxeno y la plagioclasa. Además, el estudio acota las condiciones de presión y temperatura en las que los minerales de fosfato (apatito hidratado y merrillita anhidra) se han formado en el fundido basáltico lunar.

Todos estos análisis, según Antonio Álvarez Valero, nos permiten “una comprensión novedosa de cómo los elementos volátiles se comportan geoquímicamente en estos minerales, para así conseguir una cuantificación más robusta de los contenidos de hidrógeno y por tanto del agua magmática en la Luna”.

Universidad de Manchester

El embrión de este artículo publicado en Geosciences se concibió en la Universidad de Manchester en 2015 cuando el profesor de la USAL Antonio Álvarez Valero coincide con el segundo autor del estudio, el cosmólogo John Pernet-Fisher, en sendas charlas explicativas de sus líneas de investigación, y se citan en una reunión informal.

En ella, tras una primera discusión sobre el estudio de las rocas lunares, el petrólogo de la Universidad de Salamanca realizó una serie de cálculos geoquímicos con los resultados analíticos propiedad de John Pernet-Fisher en las rocas lunares cedidas por NASA durante su estancia posdoctoral en Estados Unidos.

“Queríamos comprobar al menos si la idea que había surgido en nuestras reuniones nos podría llevar o no a buen puerto”, recuerda Antonio Álvarez Valero, y la realidad fue que "estos cálculos muy preliminares y que no se habían aplicado nunca antes con la perspectiva petrológica a este tipo de rocas no terrestres, felizmente mostraban coherencia con resultados empíricos de otros grupos de investigación que se habían realizado con anterioridad en estas rocas recogidas en 1969 y 1971 durante las misiones espaciales Apolo 11 y 14, respectivamente”.

Ambos investigadores deciden entonces plantear una hipótesis interdisciplinar y novedosa desde la perspectiva petrológica y cosmo-geoquímica, para avanzar en el conocimiento del ampliamente debatido problema científico acerca de la presencia de un manto hidratado o anhidro en la Luna. Más tarde, cuentan con la experiencia dilatada del colega holandés, Leo Kriegsman, también petrólogo y tercer firmante del artículo, que en los últimos años está trabajando con rocas meteoríticas.

El artículo que se acaba de publicar en el último número de Geosciences también abre una pionera línea de investigación en la USAL de Geología Planetaria a través del grupo de Álvarez-Valero. La intención es que esta nueva línea vaya creciendo poco a poco y en paralelo a los proyectos de investigación del grupo en petrología-geoquímica-vulcanología, que están en marcha en los volcanes activos de La Antártida (Isla Decepción), NE Japón, Islandia y El Hierro.

Artículo de referencia:

Álvarez-Valero, A.M., Pernet-Fisher, J.P., Kriegsman, L.M., 2019. Petrologic history of lunar phosphates accounts for the water content of the Moon’s mare basalts. Geosciences, 9(10), 421. https://www.mdpi.com/2076-3263/9/10/421

Asociaciones minerales formadas en los fundidos basálticos estudiados en esta investigación de las rocas lunares 10003 y 14053. Imágenes de microscopio electrónico (electrones retro-dispersados) B y D y sus correspondientes mapas composicionales A y C. (Figura 1 del artículo publicado).