Ученые раскрыли секрет «массивной аномалии» в недрах Земли
Масштабное исследование, проведенное международной группой ученых под руководством китайских специалистов, не только обнаружило массивную аномалию глубоко в мантии Земли, но и пролило свет на сценарий зарождения естественного спутника нашей планеты. Результаты научной работы были опубликованы в журнале Nature.
Доминирующей гипотезой формирования Луны является катастрофическое столкновение 4,5 миллиарда лет назад. Тогда в Гею (прото-Землю) с чудовищной силой врезалась Тея — другая планета, размером с Марс. Именно обломки Теи и стали Луной, хотя какая-то их часть до сих пор лежит у нас под ногами.
В этой версии обнаружилось лишь одно слабое место: высокоточные изотопные измерения показали, что составы Земли и Луны удивительно схожи. Это означает, что либо осколки Теи равномерно перемешались с земными (что само по себе трудно объяснимо), либо надо искать другую теорию. Но наконец-то ученые готовы объяснить, что же на самом деле могло произойти на заре Солнечной системы.
Дэн Хунпин из Шанхайской астрономической обсерватории Китайской академии наук начал изучать вопрос формирования Луны еще в 2017 году и сосредоточился на разработке нового метода вычислительной гидродинамики под названием Метод бессеточных конечных масс (Meshless Finite Mass или MFM).
Используя этот новый подход в многочисленных симуляциях колоссального столкновения, профессор Дэн обнаружил, что на ранней Земле после удара наблюдалось расслоение мантии: ее верхние и нижние слои имели разный состав. Нижний оставался твердым и практически нетронутым, но в верхнем действительно произошло очень активное смешение осколков Геи с Тейей. Но самое интересное — это то, что расслоение могло остаться до сих пор.
Эту идею Дэн обсудил с геофизиками из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, которые подтвердили его предположение, заметив, что на глубине примерно 1000 километров в мантии наблюдается своего рода «сейсмический отражатель», который вполне может быть границей этих двух слоев.
Еще одним примером неоднородности мантии Земли являются две аномальные области, называемые Большими областями низких скоростей. Одна из них простирается на тысячи километров под Африканской тектонической плитой, другая — под Тихоокеанской. Когда сейсмические волны проходят через эти области, их скорость значительно снижается. Теперь, благодаря теории Дэна, ученые, наконец, могут объяснить, как эти зоны могли возникнуть — из небольшого количества материала Тейи, попавшего в нижнюю мантию Геи.
«Наши результаты бросают вызов традиционному представлению о том, что гигантский удар привел к гомогенизации ранней Земли. Вместо этого удар, образовавший Луну, по-видимому, является источником неоднородности ранней мантии и отмечает отправную точку геологической эволюции Земли в течение 4,5 миллиарда лет», — объявил китайский ученый.
Исследовательская группа также подсчитала, что эти области мантии, порожденные Тейей и похожие на лунные породы, должны быть обогащены железом. Именно это сделало их более плотными, чем окружающий «эндемический» материал, погрузило на самое «дно» мантии, ближе к ядру Земли, и заставило оставаться стабильными более 4,5 миллиарда лет.
Как заметил коллега Дэна, доктор Юань Цянь: «Благодаря точному анализу более широкого спектра образцов горных пород в сочетании с более точными моделями гигантского удара и моделями эволюции Земли мы можем сделать выводы о материальном составе и орбитальной динамике первичной Земли, Геи и Тейи. Это позволяет нам ограничить всю историю формирования внутренней Солнечной системы».
Профессор Дэн по отношению к перспективам исследования настроен даже более оптимистично: «Оно вдохновляет на лучшее понимание процессов формирования и обитаемости не только Земли, но и экзопланет за пределами нашей Солнечной системы».
Самое популярное
