Nuevo hallazgo sobre las propiedades de las rocas que llegan de la Luna

• Gracias un nuevo estudio, sabemos la composición química y mineralógica de las rocas que llegan desde la Luna y Marte
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Podemos conocer con precisión la composición química y mineralógica de las rocas de la Luna y Marte estudiando los fragmentos que han llegado a la Tierra. GETTY

Para establecer futuras bases en la Luna y en Marte harán falta materiales, y hay que minimizar los recursos que tendremos que transportar desde la Tierra para construirlas. Por eso es fundamental el desarrollo de técnicas de utilización in situ de recursos (ISRU). Pero para saber cómo y para qué podemos aprovechar estos recursos tenemos que conocer sus propiedades. Ahora, gracias un nuevo estudio, sabemos un poco más de las rocas que llegan de la Luna.

Podemos conocer con precisión la composición química y mineralógica de las rocas de la Luna y Marte estudiando los fragmentos que han llegado a la Tierra como meteoritos y analizando las rocas lunares que trajeron los astronautas de las misiones Apolo.

Diagrama esquemático de la eyección lunar fruto de un impacto y las órbitas de transferencia de material hacia la Tierra. Trigo Rodríguez J.M., Peña Asensio E., Rimola A. et al. (2022)

En el laboratorio podemos estudiar sus propiedades mecánicas: elasticidad, plasticidad, maleabilidad, ductilidad, dureza y fragilidad.

Así es como nuestro nuevo estudio de meteoritos ha permitido revelar particularidades de los minerales más comunes en la Luna y en el asteroide Vesta: olivinos, piroxenos, feldespatos y espinelas.

Sometidas a las condiciones extremas del espacio

Las rocas de la Luna y de Vesta tienen diferentes propiedades mecánicas a las de la Tierra.

A lo largo de eones han sido bombardeadas de manera continua por rocas de hasta un metro, llamadas meteoroides. Las que superan ese diámetro, los asteroides, han excavado cráteres en la superficie de la Luna, e incluso han lanzado algunas rocas lunares en órbita solar. Además, esos energéticos procesos han generado brechas de impacto en muchas rocas superficiales, con componentes mezclados con los proyectiles y alterados térmicamente en el proceso de choque.

Brechas lunares, un tipo importante de rocas que se producen por la compactación tras sucesivos impactos del regolito lunar. Josep M. Trigo (CSIC-IEEC)

Los cuerpos sin atmósfera, como la Luna y Vesta, también están sometidos al influjo del viento solar y a la radiación cósmica que afecta a las rocas a nanoescala.

Todos esos procesos se agrupan bajo el término “procesado espacial” (en inglés: space weathering) y tienen profundas implicaciones sobre las propiedades de las rocas que algún día querremos aprovechar como recurso en la Luna.

Las propiedades mecánicas de rocas lunares

En el nuevo estudio que será portada de Meteoritics & Planetary Science, ahora prepublicado en ArXiv, hemos realizado un análisis de la composición y de las propiedades mecánicas de varias rocas lunares llegadas a la Tierra como meteoritos, empleando nuestra colección en el Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC).

Teníamos que conocer sus propiedades a escala nanométrica. Así que hemos recurrido a una técnica que lo permite, la nanoindentación, que aplicamos hace unos años de manera pionera para estudiar las propiedades mecánicas de meteoritos.

Sobre una gráfica típica de una nanoindentación se muestra un mosaico del meteorito lunar Dhofar 1084, proveniente de la Luna (abajo izqda.). El recuadro azul muestra su estructura a escala nanométrica. En la esquina inferior derecha, el nanoindentómetro y la punta piramidal con la que ejerce una presión sobre el material concreto (en azul). Eloy Peña Asensio (CSIC-IEEC)

Estudiar una roca a escala nano

La nanoindentación es una técnica que permite aplicar una fuerza con gran precisión, mediante una punta de diamante con forma piramidal, en una superficie de nanómetros. La fuerza controlada se aplica a áreas específicas y localizadas, cuya composición conocemos.

“los olivinos de origen terrestre poseen mayor dureza que los olivinos de origen lunar“

La punta de diamante ejerce presión en la superficie a medida que la fuerza aumenta gradualmente hasta un valor máximo predeterminado. Posteriormente, tras la fase de carga, se reduce sistemáticamente a cero. Y la superficie se retrae hasta cierto punto según la elasticidad.

De esa manera, estudiando ese ciclo de carga-descarga, el instrumento mide la profundidad de penetración y deduce la plasticidad de la roca. Del estudio se pueden inferir los mecanismos de deformación (tanto elásticos como plásticos) y la recuperación elástica.

El hallazgo en las rocas lunares

Así, nuestro trabajo con meteoritos lunares ha revelado la heterogeneidad intrínseca en los principales atributos mecánicos de los minerales más comunes en la Luna y Vesta: olivinos, piroxenos, feldespatos y espinela, aun cuando muestran características mecánicas similares.

Entre las diferencias encontradas, los olivinos de origen terrestre poseen mayor dureza que los olivinos de origen lunar.

Nuestros estudios también apuntan que la falta de atmósfera en la Luna y Vesta, y su exposición a impactos súbitos y muy energéticos de meteoritos, fragmenta, genera brechas e incrementa la porosidad natural de los minerales de los que están formadas las rocas. Ese parámetro es clave para explicar las propiedades mecánicas de las rocas.

Nuestros hallazgos tienen implicaciones directas para el desarrollo de nuevas técnicas de utilización in situ de recursos (ISRU). A su vez, son relevantes para comprender mejor la manera en que se produce la excavación de cráteres y algunas de esas rocas son impulsadas a hipervelocidad, venciendo el campo gravitario de sus cuerpos.

La caracterización mecánica de las rocas que forman estos cuerpos planetarios será útil para abordar investigaciones en la Luna o, incluso, abordar de manera rigurosa los retos y oportunidades que plantea la minería espacial.

El vehículo lunar itinerante de la misión Apolo 16 en una ladera montañosa, cerca del lugar de aterrizaje del cráter Descartes NASA

Las diferencias con la Tierra

Las propiedades mecánicas son claves para los procesos de compactación y sinterización (fabricación de objetos utilizando el calor) que permitirán, por ejemplo, crear materiales de construcción más robustos y duraderos en esos entornos extremos. Por eso es importante realizar más estudios que observen cómo afecta la porosidad y la estructura cristalina de las rocas a sus propiedades mecánicas.

La futura creación de infraestructuras sostenibles, carreteras y otras estructuras vitales esenciales para la presencia humana a largo plazo en la Luna o Marte requerirán materiales, y hay que identificar los mejores antes de emprender viaje. Nuevos retos para una humanidad que, poco a poco, se hará multiplanetaria.

Josep M. Trigo Rodríguez, Investigador Principal del Grupo de Meteoritos, Cuerpos Menores y Ciencias Planetarias, Instituto de Ciencias del Espacio (ICE - CSIC). Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Aquí puedes leer el texto original.