Estudios del regolito de Chang’e-5 de científicos de China,revelan procesos de meteorización espacial a nanoescala
Beijing, China, Asia.- En la Luna, la ausencia de atmósfera y de características como la actividad biológica, el aire rico en oxígeno, el agua corriente y la lluvia, el viento y la mayor parte de la erosión permiten que el regolito lunar conserve un registro a largo plazo de los procesos superficiales en el entorno espacial.
Estos procesos, que tienen un gran impacto en cuerpos sin atmósfera como la Luna, Mercurio y los asteroides, incluyen la irradiación del viento solar, el bombardeo de micrometeoritos, la fusión por impacto, la deposición por pulverización catódica y el enfriamiento rápido; todos ellos alteran continuamente la estructura, la composición y las propiedades ópticas de los materiales superficiales.
Comprender estos procesos a micro y nanoescala es esencial para interpretar la meteorización espacial lunar, los espectros de teledetección y la forma y distribución de los recursos superficiales.
Para profundizar en este conocimiento, un equipo colaborativo liderado conjuntamente por el Prof. Yin Zongjun del Instituto de Geología y Paleontología de Nanjing de la Academia China de Ciencias (NIGPAS), junto con los Profs. Shen Bing y Zhou Jihan de la Universidad de Pekín, llevó a cabo estudios sistemáticos de partículas de vidrio de impacto asociadas a los granos de regolito lunar Chang’e-5.
Los hallazgos se publicaron en la revista Journal of Geophysical Research: Planets y en PNAS. En conjunto, estos estudios se centran en el mismo tipo de vidrio de impacto Chang’e-5, revelando la evolución a nanoescala de los materiales de la superficie lunar mediante dos procesos complementarios: la separación de fases de silicatos inducida por impacto y la formación de hierro metálico en nanofase.
En el estudio publicado en Journal of Geophysical Research: Planets, los investigadores examinaron el vidrio de impacto Chang’e-5 mediante microscopía electrónica de transmisión con corrección de aberraciones, microscopía electrónica de transmisión de barrido y análisis espectroscópicos.
Identificaron nanogotas ricas en hierro dentro del vidrio rico en silicio, así como nanogotas ricas en silicio dentro del vidrio rico en hierro. Las nanogotas eran amorfas, es decir, carecían de una estructura cristalina regular, y se encontraron en cúmulos que se habían fusionado y expandido parcialmente. Los resultados sugieren que los impactos de micrometeoritos no solo inducen la fusión local del regolito lunar, sino que también pueden desencadenar la inmiscibilidad de líquidos de silicato en escalas de tiempo extremadamente cortas, con un enfriamiento rápido que preserva las estructuras transitorias de separación de fases en el vidrio de impacto, donde los diferentes materiales se separaron entre sí.
Partiendo de este trabajo, el estudio de PNAS examinó el hierro metálico en nanofase (Fe0 en nanofase, npFe0) en el vidrio de impacto, un producto principal de la meteorización espacial lunar. También desempeña un papel clave en la modificación de los espectros de reflectancia de los suelos lunares.
Mediante tomografía electrónica, espectroscopia de rayos X de energía dispersiva y espectroscopia de pérdida de energía de electrones, los investigadores determinaron directamente la distribución tridimensional, la morfología, la abundancia local y los estados de valencia del hierro npFe0 a escala nanométrica.
En un volumen reconstruido, se identificaron 1506 partículas de npFe0, con un diámetro promedio de aproximadamente 3,4 nm y un diámetro mediano de aproximadamente 2,9 nm. Las diferentes capas mostraron tamaños de partícula, densidades numéricas y fracciones volumétricas de Fe⁰ distintas, alcanzando la fracción volumétrica de Fe⁰ hasta un 30 % en una capa localizada de partículas grandes.
Para determinar cómo se formaron las nanopartículas en diferentes regiones, los investigadores combinaron reconstrucciones estructurales con análisis elementales y del estado de valencia del hierro. También introdujeron un parámetro, ξ, para evaluar la contribución de los electrones externos durante la reducción del hierro.
El estudio demostró que la capa rica en azufre que contenía partículas grandes irregulares se originó principalmente por la descomposición del sulfuro de hierro. Asimismo, mostró que varias capas con altas concentraciones de partículas pequeñas estaban dominadas por la desproporción de Fe²⁺, un proceso en el que el Fe²⁺ se oxida y reduce simultáneamente. La región cercana a la superficie mostró evidencia de modificación posterior debido a la irradiación del viento solar, lo que promovió la modificación de la estructura del vidrio y la maduración de partículas de npFe0.
Los investigadores estimaron además que el hierro metálico en dominios de vidrio de impacto maduro podría alcanzar el 7,1 % en peso, superando sustancialmente las estimaciones previas para muestras de suelo masivo de Chang’e-5. Este resultado resalta una heterogeneidad significativa a microescala en la distribución de npFe0 en el regolito lunar.
En conjunto, los dos estudios demuestran que el vidrio de impacto de Chang’e-5 registra simultáneamente varios procesos relacionados: fusión por impacto, inmiscibilidad de líquidos de silicato, reacciones redox, descomposición de sulfuros y modificación por viento solar. Mediante tomografía electrónica y técnicas espectroscópicas de alta resolución, los investigadores lograron superar las limitaciones de la imagen bidimensional convencional y reconstruir cuantitativamente las nanoestructuras y sus historias de formación en tres dimensiones.
Los hallazgos proporcionan nuevas perspectivas basadas en muestras sobre la evolución espectral de la Luna y otros cuerpos sin atmósfera, así como sobre los procesos responsables de su formación.
