3.2 Formazione di un doppio Pianeta Terra–Luna

La Terra e la Luna in realtà formano un doppio sistema planetario. La loro influenza reciproca non è grande ora, ma abbastanza evidente. Tuttavia, nelle prime fasi di evoluzione di questo sistema, era eccezionalmente forte. Ha portato a conseguenze catastrofiche e cambiamenti radicali nel processo evolutivo di entrambi i pianeti.

Ecco perché rivediamo insieme le origini della Terra e della Luna. È necessario affermare qui per giustificare l’attenzione accresciuta alla Luna in questa monografia dedicata all’evoluzione della Terra e alla sua geodinamica che la Luna, come satellite del nostro pianeta, è servita come meccanismo di innesco che ha iniziato e sostanzialmente attivato l’evoluzione tettonica della Terra in Archaean. Inoltre, la Luna ha fatto girare il nostro pianeta. Come è noto, l’origine del campo magnetico è associata alla rotazione. Sopra di esso, l’orbita di cattura lunare ha definito l’inclinazione iniziale dell’asse di rivoluzione terrestre, e questa è stata la causa di tutta la sua zonizzazione climatica iniziale. Inoltre, si può ora affermare con certezza che la Luna, accelerando l’evoluzione della Terra, ha predeterminato l’emergere sulla sua superficie di vita altamente organizzata.

Questi sono, naturalmente, problemi puramente terreni che sono impossibili da districare senza sviluppare un’adeguata teoria evolutiva del doppio pianeta Terra–Luna e della Luna vera e propria.

Al contrario della sezione precedente, descriviamo qui non i concetti convenzionali della formazione del sistema Terra–Luna ma un nuovo modello sviluppato dagli autori (Sorokhtin, 1988) dell’origine dovuta alla distruzione delle maree al limite di Roche di un pianeta più massiccio, Proto-Luna. Il modello è stato descritto in pubblicazioni con Ushakov (Sorokhtin e Ushakov, 1989a,b, 2002).

Sembra spiegare meglio di altri modelli l’intero aggregato delle conoscenze moderne sulla composizione, la struttura e l’evoluzione geologica sia della Terra che del nostro satellite. Spiega anche l’origine della rivoluzione assiale terrestre e la distribuzione esistente dei momenti cinetici tra la Terra e la Luna.

Secondo noi, una grande difficoltà per la costruzione di una teoria adeguata dell’origine della Luna è il suo drastico impoverimento in elementi ferrosi, siderofili e calcofilici. A giudicare dalla densità media della Luna (pL = 3,34 g/cm3), non contiene più del 5% della fase ferro–nichel (Ringwood 1975a,b, 1979), o prendendo in considerazione la concentrazione media di FeO nel mantello lunare, solo il 13-14% della frazione pesante. Questo è molto più basso del contenuto medio di composti di ferro nella materia non differenziata delle condriti carboniose (22%) e specialmente nella materia terrestre (quasi 37%).

Tenendo conto di queste differenze, sono state proposte ipotesi di origine lunare in altre aree del Sistema solare impoverite di composti di ferro con successiva cattura da parte del campo di gravità terrestre (Alfven, 1954, 1963; Urey, 1972).

Le ipotesi in questo gruppo presentano due inconvenienti.

In primo luogo, la probabilità di cattura gravitazionale da un’orbita lontana di un grande corpo cosmico come la Luna è sparendo piccola (praticamente zero). In secondo luogo, è impossibile trovare una spiegazione sul perché la materia lunare sia così carente di ferro quando il suo contenuto nelle condriti carboniose più primitive è circa il doppio. Inoltre, le condriti carbonacee sono ricche di elementi volatili e molto mobili, mentre la Luna è drasticamente impoverita in esse.

Una difficoltà a spiegare la cattura da parte della Terra di un grande satellite da un’area lontana del Sistema Solare ha portato alla formazione di un altro gruppo di ipotesi. Ora, la Luna è emersa nell’area di formazione della Terra e ha creato insieme ad essa un sistema a doppio pianeta.

La più sviluppata di tali ipotesi è quella di Ruskol (1960-1975). Un’ipotesi simile è stata suggerita da Harris e Kaula (1975). Propone l’accrescimento congiunto della Terra e della Luna che ha avuto inizio nel momento in cui la Terra aveva solo 0,1 della sua massa attuale. Secondo queste ipotesi, la Luna si stava formando durante gran parte della sua crescita ad una distanza di circa 10 raggi terrestri.

Queste ipotesi postulano l’emergere dei nostri pianeti da un singolo serbatoio della materia protoplanetaria. Ma erano anche incapaci di spiegare la carenza sulla Luna di elementi di ferro e siderofili, nonché un alto grado di differenziazione della materia lunare e valori “tornadici” dei rapporti del piombo radiogeno al primario 204Pb. Inoltre, questi modelli erano basati sul presupposto che la rivoluzione assiale terrestre esistesse fin dal suo inizio e agisse nella stessa direzione della rivoluzione satellitare, ma alla velocità angolare della propria rivoluzione superiore alla velocità assiale della rivoluzione orbitale del satellite.

Di interesse è l’ipotesi di Gerstenkorn (1967) della cattura della Luna e della successiva evoluzione delle maree della sua orbita. Durante questa evoluzione, la Luna si avvicinò al limite di Roche, cioè alla distanza più vicina dal satellite alla pianta centrale (a una distanza più ravvicinata un satellite massiccio sarebbe stato distrutto dal campo di gravità del pianeta). Anche sotto questo concetto, la Luna è rimasta invariata dalla sua nascita ai nostri giorni, quindi non c’era alcuna spiegazione all’origine della carenza di ferro esistente nella materia lunare. Inoltre, i calcoli di Gerstenkorn hanno alcuni errori. L’ipotesi di Hannes e Alvén (1963) descrive la Luna come un satellite catturato dalla Terra sull’orbita vicino al limite di Roche. L’orbita attuale formata attraverso le interazioni di marea con la Terra.

Come accennato, la Luna è anomala in termini di contenuto di ferro. Allo stesso tempo, i suoi basalti sono meravigliosamente vicini nella loro composizione ai basalti primitivi delle creste medio-oceaniche della Terra. I dati degli isotopi di ossigeno supportano anche le origini “consanguinee” della Luna e della Terra e una diversa origine delle meteoriti di condrite carbonacee e regolari. Sulla base di ciò,Ringwood (1975a, b, 1979) è stato in grado di mostrare in modo convincente l’affinità geochimica della materia lunare con la materia del mantello terrestre. Tuttavia, Ringwood fece un’inferenza piuttosto esotica da questo fatto: subito dopo la sua formazione e separazione del nucleo denso, la Terra si sollevò rapidamente e, a causa dell’instabilità rotazionale così formata, un grosso nodulo fu strappato dal suo mantello, e in seguito divenne la Luna.

Questa è una vecchia idea che è stata avanzata circa cento anni fa da Darwin (1865), un geofisico di talento e figlio di Charles Darwin. Sfortunatamente, anche questa ipotesi era meccanicamente sbagliata.

Quando si tratta dell’origine della Luna, è necessario tenere conto dell’estremo grado di differenziazione che ha portato alla separazione del ferro dai silicati e al loro sostanziale impoverimento in elementi siderofili. Tale differenziazione totale della materia potrebbe essersi verificata solo all’interno del corpo di un pianeta piuttosto grande e fuso.

Questo è un punto importante che non può essere scartato. Che la Luna si sia formata dal pianeta originariamente fuso è supportato, in particolare, dalla composizione della sua spessa (fino a 80 km) crosta anortosite composta principalmente da un anortite di feldspato di calcio. Una crosta così spessa non poteva che separarsi dalla materia totalmente sciolta di un grande corpo cosmico, da tre a quattro volte più grande dell’attuale Luna. Come è stato trovato dalla determinazione dell’età anortosite lunare (Tera e Wasserburg, 1974), questo processo stava avvenendo circa 4,6–4,4 anni fa, cioè durante il periodo vicino in termini di tempi alla formazione del sistema Terra–Luna. Pertanto, è plausibile aspettarsi che il corpo lunare genitore abbia subito lo sciocco scioglimento e differenziazione planetaria prima della formazione della Luna vera e propria.

Si deve prendere in considerazione un secondo fatto piuttosto notevole importante per l’ipotesi di origine della Luna. Il momento cinetico totale della rivoluzione del sistema Terra–Luna con precisione al terzo punto decimale si adatta a una situazione in cui il satellite e il pianeta centrale erano posizionati a distanza limite di Roche l’uno dall’altro e avevano una velocità di rivoluzione assiale sincrona. Non può essere solo una coincidenza. Al contrario, è una prova convincente della situazione in cui la Luna durante la sua origine era effettivamente al limite di Roche e avrebbe potuto essere distrutta.

Sembra abbastanza plausibile sulla base dei dati e delle considerazioni fornite che la Luna sia un residuo di un pianeta più grande, la Proto-Luna, che è stata catturata dalla Terra in crescita da un’orbita adiacente (più vicina) e distrutta dal campo di gravità terrestre al limite di Roche. Considerazioni simili, in forma qualitativa, sono state pubblicate in precedenza da Wood and Mitler (1974) e Opik (1961). Analogamente a queste idee, abbiamo proposto in precedenza (Sorokhtin, 1988) un’ipotesi in base alla quale la Luna si è formata come solo un residuo, la gobba di marea di una Proto-Luna fusa e totalmente differenziata preservata dalla distruzione nella bolla di Roche.”

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