Planetsystemets tidiga utveckling - ett mikro-analytiskt perspektiv

Sammanfattning

Under de senaste åren har tanken att jorden och månen delar en gemensam tidig historia fått ett ökat erkännande från det vetenskapliga samfundet. Detta gäller inte bara modeller för månens ursprung vid en gigantisk impakt (dvs. kollision av en kropp av Mars storlek med den tidiga jorden), vilket kan förklara likheter i deras kemiska och isotop-geokemiska sammansättning, utan också en anmärkningsvärd överensstämmelse när det gäller magmatiska processer vilka formade deras tidiga historien liksom deras historia av bombardemang av projektiler av olika storlekar.

Det är uppenbart att svar på ett stort antal frågor relaterade till jordens tidiga historia kan hittas på månen, där den inre aktiviteten  slocknade mycket tidigt så att de första stadierna av planetarisk utveckling bevarades, medan de har blivit raderade på jorden genom över fyra miljarder år av aktiv plattektonik.

Det aktuella projektet överbrygga klyftan mellan månens och jordens geologi genom att i huvudsak använda samma analys-metoder för prover från båda dessa himlakroppar. Av avgörande betydelse är mineral zirkon, det enda material på jorden som är äldre än 4 miljarder år (zirkon med en ålder av ca 4,4 Ga finns i sediment från västra Australien), vilket också finns närvarande i regolith-jord på månen där det har åldrar på upp till 4,5 Ga.

Zirkon och mikroskopiska mineralinneslutningar i zirkoner kommer att studeras med hjälp av en mängd olika in situ-analysmetoder som är inriktade på att förstå bildning av zirkoner från smältor och vad de kan berätta om sin modermagma. Som jämförelse studeras zirkoner i några av jordens äldsta bevarade bergarter från ca 3,8 - 4,0 Ga.

En annan del av detta projekt fokuserar på månbasalter, vilka är prover av månens mantel (och, analogt, Jordens förlorade tidiga mantel). Med hjälp av en nyutvecklad metodik för in situ analys av Pb-isotoper ger vårt projekt nya åldersdata med oöverträffad precision för månbasalterna (både från Apollo-prover och meteoriter) och bidrar därmed till att förståelsen både av mantel-reservoarens utveckling och månens för närvarande dåligt kända ålder. Resultaten är inte bara relevanta för tidiga magmatiska processer på månen men kommer att ha direkt relevans för den tidiga jorden.

Ett tredje delprojekt innefattar studier av sällsynta meteoriter från Mars. Analys av dessa används för att förstå planetens kemiska geodynamik, från dess tidigaste bildning och differentiering vilken studeras med hjälp av Pb-isotoper, till att studera interaktion mellan olika ytliga reservoarer med hjälp av O- och Cl- isotoper och halter av olika halogener.

Forskningen finansieras av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och Vetenskapsrådet.

Projektdeltagare vid muséet

• Martin Whitehouse (projektledare)
• Gavin Kenny

Externa projektdeltagare

• Jeremy Bellucci, Sverige
• Alexander Nemchin (biträdande projektledare), Curtin University, Australien
• Joshua Snape, Free University, Amsterdam, Nederländerna

Utvalda publikationer

• Bellucci, J.J., Whitehouse. M.J., John, T., Nemchin, A., Snape, J., Bland, P., Benedix-Bland, G. (2017). Halogen and Cl isotopic systematics in Martian phosphates; Implications for the Cl cycle and surface halogen reservoirs on Mars. Earth and Planetary Science Letters 458, 192-202.
• Sarafian, A.R., John, T., Roszjar, J., Whitehouse, M.J. (2017). Chlorine and hydrogen degassing in Vesta's magma ocean. Earth and Planetary Science Letters 459, 311-319.
• Roszjar, J, Whitehouse, M.J., Srinivasan, G., Mezger, K., Scherer, E.E., Van Orman, J.A., Bischoff, A. (2016). Prolonged magmatism on 4 Vesta inferred from Hf–W analyses of eucrite zircon. Earth and Planetary Science Letters, 452, 216-226. doi: 10.1016/j.epsl.2016.07
• Snape, J.F., Nemchin, A.A., Bellucci, J.J., Whitehouse, M.J., Tartèse, R., Barnes, J.J., Anand, M., Crawford, I.A. (2016). Lunar basalt chronology, mantle differentiation and implications for determining the age of the Moon. Earth and Planetary Science Letters, 451, 149-158.
• Nemchin, A.A., Humayun, M., Whitehouse, M.J., Hewins, R.H., Lorand, J.-P., Kennedy, A., Grange, M., Zanda, B., Fieni, C., Deldicque, D. (2014). Record of the ancient martian hydrosphere and atmosphere preserved in zircon from a martian meteorite. Nature Geoscience,7, 638-642

Mer information om delprojekt

• Klarläggning av månens magmatiska utveckling med hjälp av Pb-isotopmätningar av månbasalter
  
• Klarläggning av flödet av meteoritnedslag i det inre solsystemet med hjälp av datering av månbreccior