Des échantillons de roche lunaire révèlent la présence de lave sur la Lune il y a 2 milliards d’années

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Vue d'artiste montrant la Lune lorsqu'elle était en fusion, au début de son histoire. | NASA

L’histoire de la formation de la Lune n’est encore à ce jour pas totalement claire, et c’est pourquoi les échantillons lunaires récoltés, de précieux éléments pour l’étude de l’activité géologique passée, sont si précieux pour en élucider certains mystères. Des fragments de roche lunaire ramenés sur Terre en 2020 dans le cadre de la mission chinoise Chang’e-5 révèlent que de la lave était présente à la surface il y a seulement 2 milliards d’années.

Si nous savions déjà que l’activité volcanique de la Lune s’est étendue sur une très longue durée, nous n’avions jusqu’ici qu’une idée approximative de la transition vers la phase froide. Mais une analyse chimique des échantillons de roches volcaniques récoltés confirme à ce jour que la Lune est restée en activité volcanique bien plus longtemps que sa taille le laisserait supposer, rapporte une équipe de chercheurs internationale.

Pourquoi les espoirs se portaient-ils sur Chang’e-5 ? Tout simplement car il s’agit de la première mission ayant récupéré et ramené sur Terre des roches lunaires depuis plus de 40 ans. Grâce à une analyse chimique minutieuse, les chercheurs ont découvert que les roches collectées s’étaient formées il y a 2 milliards d’années, à peu près au moment où la vie multicellulaire est apparue sur Terre.

Selon Carolyn Crow, coauteure de l’étude et spécialiste des sciences planétaires à l’université du Colorado à Boulder, il s’agit des roches lunaires les plus jeunes jamais collectées. Les détails de l’étude ont été publiés dans la revue Science.

Rareté des cratères lunaires : l’indice d’une activité volcanique de longue durée

Selon les connaissances que nous avons accumulées, la Lune s’est formée il y a environ 4,5 milliards d’années. Les roches lunaires provenant des missions Apollo et soviétiques de la fin des années 1960 et des années 1970 ont révélé que le volcanisme lunaire était courant pendant le premier milliard d’années de son existence, avec des coulées qui duraient des millions, voire des centaines de millions d’années.

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Compte tenu de sa taille, les scientifiques pensaient que la Lune avait commencé à se refroidir il y a environ 3 milliards d’années, pour finalement devenir l’astre calme et aride qu’il est aujourd’hui. Pourtant, la rareté des cratères dans certaines régions a laissé les scientifiques perplexes.

Nous savons que les parties des corps célestes dépourvues de volcanisme accumulent de plus en plus de cratères au fil du temps, en partie parce qu’il n’y a pas de coulées de lave déposant de nouveaux matériaux qui durcissent pour former des étendues lisses. Des zones plus plates à la surface de la Lune semblaient suggérer que le volcanisme avait persisté après les débuts de l’histoire de la Lune.

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Une capsule contenant des roches lunaires (recueillies par la mission chinoise Chang’e-5) est revenue sur Terre en décembre 2020. © China National Space Administration

« Le volcanisme récent sur un petit corps comme la Lune est difficile à expliquer, parce qu’en général les petits corps se refroidissent rapidement », explique Juliane Gross, spécialiste des sciences planétaires à l’université Rutgers de Piscataway (New Jersey), qui n’a pas participé à l’étude.

Par le passé, des chercheurs avaient suggéré que les éléments radioactifs pouvaient offrir une explication au volcanisme ultérieur. La désintégration radioactive génère beaucoup de chaleur. Une quantité suffisante de matériaux radioactifs dans le manteau de la Lune, la couche située juste en dessous de la croûte visible, aurait donc fourni une source de chaleur qui pourrait expliquer les coulées de lave plus récentes.

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Pour tester cette théorie, l’atterrisseur Chang’e-5 a recueilli des morceaux de basalte — un type de roche qui se forme à la suite d’une activité volcanique — dans une zone de la Lune jusqu’alors inexplorée et dont on pense qu’elle a moins de 3 milliards d’années. L’équipe a déterminé que les roches se sont formées à partir de coulées de lave il y a 2 milliards d’années, mais l’analyse chimique n’a pas révélé la concentration d’éléments radioactifs à laquelle on pourrait s’attendre si la désintégration radioactive devait expliquer le volcanisme.

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Un échantillon de morceaux de roches lunaires. © Beijing Shrimp Center/Institute of Geology/CAGS

Cette découverte amène les scientifiques à s’interroger sur les autres forces qui auraient pu maintenir l’activité volcanique sur la Lune. Selon Alexander Nemchin, coauteur de l’étude et spécialiste des sciences planétaires au Centre SHRIMP de Pékin et à l’Université Curtin de Bentley, en Australie, les forces gravitationnelles de la Terre auraient pu liquéfier l’intérieur de la Lune, ce qui aurait permis au magma lunaire de continuer à couler pendant un milliard d’années de plus, alors qu’il aurait dû s’arrêter.

« La Lune était beaucoup plus proche il y a 2 milliards d’années », explique Nemchin. Au fur et à mesure que la Lune s’éloignait de la Terre, ces forces auraient perdu de leur puissance jusqu’à ce que le volcanisme finisse par s’interrompre. Les impacts d’astéroïdes et de comètes pourraient également avoir entretenu l’activité volcanique de la Lune, mais des études supplémentaires seront nécessaires pour en dire plus à ce sujet.

Source : Science

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