Förgrundsbrandens fontäner förklarade

Den antika månytan sprängde en gång med lava geysrar - och nu tror forskare att de vet vad som orsakade de här eldiga fontänerna.

Nuvarande forskning tyder på att månen bildades när ett Mars-storlek objekt föll i jorden i det tidiga solsystemet, och under en lång tid var dess yta mycket annorlunda än det ständiga, unmoving landskapet som finns idag. Månens yta var snarare varm och aktiv, och magma bubblade ofta uppifrån och bröt ytan i brända fontäner - som en smält-varm version av Old Faithful. Fram till nyligen var forskare osäker på drivkraften bakom dessa explosioner, vilket kunde avslöja mer om förhållandena i tidigmånen.

Men nu kan forskare ha hittat en möjlig synder för de smälta explosionerna: kolmonoxid. [Se: Hur månen gjordes]

"Kolet är det som producerar det stora spektret", säger Alberto Saal, en geolog vid Brown University i Providence och medförfattare till den nya studien. "Med lite vatten, med lite svavel - men huvuddrivrutinen är kol."

Detta resultat tyder på att tidigmånens smink var mycket nära tidigt jordens, Saal berättade för ProfoundSpace.org. "Alla dessa flyktiga element ... är i koncentrationer som mycket liknar lavan som bildade jordens golv," sa han.

Bubblar upp

Den uppenbarelse som kolmonoxid kan ligga bakom brandfontänerna kommer från nya studier av vulkaniska glasögon som peppar månens yta. Glasögonen fungerar som små tidskapslar av månförhållandena när glasögonen härdar - dropparna bildas av smält lava och fungerar som en rekord av lavas smink och de innehåller ofta kristaller som omsluter små prickar av magma, kallad smältintag, vilka bevara gaser som annars skulle ha blivit rymda.

Nya mätningar av det vulkaniska glaset föreslår att magma som flyter djupt i den tidiga månen var brant i kol, vilket kombineras med syre för att bilda kolmonoxid som magma rosen. När den närmade sig ytan, minskade trycket, så kolmonoxiden började bubbla ut mer och driva uppåt, sa forskarna i studien.

"Föreställ dig att du har en läsk," sa Saal. "Om du öppnar locket ser du att mycket gas kommer att fly från vätskan - det beror på att du minskade trycket."

En liknande process hände som magma rosen. "När smälten flyttar från djupet till ytan ... får du fler och fler bubblor, för vätskan kan inte hålla dessa gaser i den när du minskar trycket", förklarade Saal. Processen slutar explosivt, med lava fountaining ur månens yta.

Även om tidigare forskning inte hade definitivt identifierat kol i måneprover hade en ny mätteknik en tillräckligt hög upplösning och eliminerat tillräckligt med brus för att bestämma det.

"Detta genombrott berodde på Carnegies NanoSIMS-jonsondens förmåga att mäta otroligt låga kolhaltigheter, på föremål som är ett människohårs diameter", Erik Hauri, en geokemist vid Carnegie Institution for Science och en medförfattare av papperet , sade i ett uttalande. "Det är verkligen en anmärkningsvärd prestation både vetenskapligt och tekniskt."

Forskarna hittade låga halter av kol i glaset totalt, men mycket högre nivåer i de små prickarna av bevarad magma. Baserat på de förändrade koncentrationerna av kol och väte anpassade de en modell för hur gaser flyr och fann att kolet kombinerat med syre bröt ut först och orsakade utbrottet, och sedan flyttade vätgasen efteråt. [Moon Quiz: Testa din Lunar Smarts]

En aktiv måne

Sals lag var den första som upptäckte spår av vatten på månen, 2008, från liknande glasprover. Den upptäckten ledde till att forskare drastiskt reimagine månens smink, vilket de trodde hade förlorat några flyktiga element (som vänder sig till gas vid relativt låga temperaturer) mycket tidigare.

"Okej, vi har klor, svavel och fluor som tidigare hade visat," sa Saal. "Då visade vi det med vatten. Det förändrade hela spelet."

På jorden spelar vatten en roll i brandfontänsexplosioner genom att ge väte, en explosiv gas. Men månmonsterna visade inte några tecken på de förändringar som skulle komma från en explosion orsakad av väte. Att hitta spår av kol som sannolikt löser det mysteriet.

Och tillsätt kol till listan, verkar månytan ha det fulla komplementet av flyktiga ämnen som också finns i spår av lavan som bildade jordens golv, sa forskarna.

Saal sa att mätningar på fler prover och andra flyktiga element kommer att klargöra bilden, men att allt bevis hittills föreslår att det finns en mycket mindre skillnad mellan de flyktiga elementen som finns på jorden och de på månen än vad forskarna tidigare hade tänkt. Enligt Saal föreslår detta resultat att antingen några av jordens flyktiga element överlevde den inverkan som skapade månen eller att de båda fick flyktiga delar från samma källa efter bildandet, som meteoriter.

"Upptäckten 2008 av vatten i de glasartade vulkanprodukterna av utbrott som uppstod på månen över 3 miljarder år sedan utmanade det långsiktiga antagandet om en flyktig fri måne", Bruno Scaillet, en mineralogist vid Institutet för geovetenskaper av Orleans i Frankrike, som inte arbetade med studien, skrev i en följeslagsartikel i tidskriften Nature Geoscience. Detekteringen av kol och dess avgasningsmönster erbjuder nu "ytterligare bevis på att jorden och månen kan dela en gemensam flyktig källa", skrev han.

Att förstå var dessa element kom ifrån kan avslöja mycket om en planetkropps ursprung och utveckling, sa Scaillet."Flyktiga ämnen kan påverka förekomsten och funktionen av plattektonik, bestämma atmosfärens sammansättning och utveckling, och är viktiga för den potentiella uppkomsten av livet", skrev han.

Det nya arbetet var detaljerat idag (24 augusti) i tidskriften Nature Geoscience.