Det har gått mer än 50 år sedan Apollo-uppdragen, och på den tiden, kemiska analyser av de återvunna månens material har revolutionerat vår förståelse av planetmaterial. Ett av de viktigaste fynden som ett resultat av denna forskning är insikten om att månen är exceptionellt utarmad i vissa flyktiga element, och att dessa månstenar också uppvisar stora kemiska anomalier som inte liknar något som setts på jorden.

I ny forskning författad av University of New Mexico doktorand Tony Gargano och forskare från UNM:s Center for Stable Isotopers, i samarbete med forskare från NASA:s Johnson Space Center, forskare fokuserade på kemiska analyser av halogener, eller de mycket reaktiva elementen F, Cl, Br, och jag (fluor, klor, brom, och jod). De fann att månens material är exceptionellt utarmade i dessa element, med ovanligt höga mängder av den tunga formen (stabil isotop) av klor, vilket de förklarar som ett resultat av det månbildande jättenedslaget. Studiet av dessa flyktiga grundämnen och isotopiska system hjälper forskare att bättre förstå den kemiska utvecklingen av planeter. Rapporten publiceras idag i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), med titeln "Klorisotopsammansättning och halogeninnehåll i Apollo-returprover."

Gargano säger, "När vi försöker förstå hur planeter bildas och hur liv kan upprätthållas på dem, vi är angelägna om att behålla vissa grundämnen som är nödvändiga för liv som väte, eller vatten – men vi vet också att vi måste förlora en del som Cl som kan vara giftigt för liv vid höga koncentrationer. Månen är en fallstudie för hur flyktiga element bearbetas genom planetens evolution – vi har en riklig provserie av stenar som samlats in av astronauterna under Apollo-uppdragen som tillåter oss att testa dessa idéer och processer."

Professor Zachary Sharp, vid UNM-avdelningen för jord- och planetvetenskap, och Garganos rådgivare, säger, "Klorisotopsammansättningen av dessa stenar är olik något vi någonsin sett, och det är viktigt att ta reda på hur dessa element går förlorade med tiden."

Dessutom, Gargano tilldelades ett NASA Graduate Fellowship och tillbringade tid på NASA:s Johnson Space Center med planetforskaren Justin Simon som utförde ytterligare analys med hjälp av instrumentering i NASA:s Center for Isotope Cosmochemistry &Geochronology Lab (CICG), ett labb som mäter en mängd olika grundämnen och deras isotoper för att förstå ursprunget till solsystemet, de processer som omvandlade nebulosdamm och gas till planeternas byggstenar, och planetbildning.

UNM och NASA-teamet utvecklade tillsammans en metod för att analysera spårhalten halogen i planetariska material och mätte mängden fluor, klor, brom och jod i månprover. Specifikt, de analyserade månstenar kända som mare basalter och ferroanortositer. De fann att dessa stenar har mycket låga halogenhalter tillsammans med ovanligt höga mängder av den tunga isotopen av klor.

Forskarna förklarar att det månbildande jätteslaget ledde till den våldsamma utdrivningen av Cl och andra halogener som bidrog till den unika kemin hos stenar från månen. Gargano förklarar betydelsen av detta arbete:"Vi vet att mängden klor som förloras från en planet under dess bildningshistoria återspeglas i Cl-isotopsammansättningen av stenar från den kroppen. allt började från samma ursprungliga material som fanns i början av solsystemet, men olika planeter har genomgått olika kemiska evolutioner som resulterar i olika kemiska sammansättningar som vi kan mäta idag."

Garganos rådgivare, förutom Sharp, inkluderar Charles Shearer på Institutet för meteoritik, som båda var de första att mäta klorosotoper i månstenar. Gargano et al utvecklade denna banbrytande forskning.

"Vi använde en masspektrometer i vårt labb vid UNM:s Center for Stable Isotopers för att göra dessa mätningar av månprover som samlats in av Apollo-astronauter, ", sa Gargano. "Det viktiga faktum är att vi använde en svit av stenar som kallas ferroanortositer som är några av de äldsta stenarna vi har som registrerar de tidigaste stadierna av månens utveckling. Dessa stenar, vilka är den vita delen av månen du kan se från jorden, innehåller inte mineralet apatit, vilket till stor del är vad som har uppmätts sedan det första arbetet från Sharp 2010."

Författarna fann också att månapatit (ett mineral med höga mängder klor) har mycket högre klorisotopvärden jämfört med hela bulkstenen. Sharp förklarar denna betydelse:"Många forskare har tidigare fokuserat på in-situ-mätningar av sent kristalliserande apatit på grund av den enkla analysen och mätningar av klorisotop i bulkberg är begränsade, med få jämförelser med in-situ-mätningar utförda på apatit."

"Dessa bulkklorisotopmätningar är svåra och har endast utförts av Zach och jag på månmaterial, säger Gargano.

"Den fascinerande delen var isotopdata och vad de berättade om hur månen försvinner och svalnar, ", tillägger Sharp. "Vi vet att det är ett resultat av den gigantiska påverkan mellan proto-jorden och månen som orsakade en massöverföring under den händelsen. Det är mycket ovanliga uppgifter och väcker frågan:Varför händer det på månen och inte på jorden?"