Раскрыт механизм эволюции магматических океанов на ранней Земле и Марсе
Ученые попытались понять, как Земля и Марс из планет, наполненных океанами магмы, превратились в привычные нам красную и голубую планету. Новое исследование показывает, что горячая расплавленная порода могла сыграть ключевую роль в формировании их атмосфер и дальнейшей эволюции.
Прежде чем Земля стала планетой, покрытой водой, она была окутана океаном другого рода: огромным, глубоким потоком магмы, который простирался на сотни, а возможно, и на тысячи километров. В процессе остывания и затвердевания магмы на поверхности молодой планеты, с разной скоростью кристаллизовались различные минералы, что влекло за собой изменение химического состава расплавленной породы. Помимо этого, менялся и химический состав атмосферы по мере того, как магма выбрасывала газы в атмосферу молодой Земли.
В процессе своего образования Марс и многие другие каменистые планеты пережили похожие этапы, связанные с формированием магматического океана. Однако, поскольку это происходило в далеком прошлом, сложно точно сказать, как именно это было. Тем не менее сведения о химическом составе ранних атмосфер планет может скрываться в нереактивных благородных газах.
Группа астрофизиков под руководством Лауры Шефер из Стэнфордского университета смоделировали процесс изменения магматических океанов Земли и Марса с течением времени по мере их кристаллизации. Для этого они использовали данные об атмосфере и химическом составе железа. В рамках исследования были проведены расчеты, которые описывают поведение двухвалентного (восстановленного) и трехвалентного (окисленного) железа при кристаллизации магмы в мантии.
Ученые провели серию экспериментов, варьируя начальную глубину магматического океана и химический состав. Их целью было определить, какая комбинация параметров могла бы привести к формированию атмосфер, аналогичных тем, что существовали вокруг ранней Земли и Марса.
Наиболее подходящими оказались модели, которые начинаются с неглубокого океана магмы, а не с полностью расплавленной мантии. Мелководный океан может говорить о том, что мантия была расплавлена только отчасти, либо о том, что она была полностью расплавлена, но начала затвердевать с середины. При этом самые глубокие и самые внешние слои оставались жидкими на протяжении определенного промежутка времени.
С Марсом ситуация оказалась совершенно иной. Ни одна из моделей не сошлась с результатами предыдущих исследований состава ранней атмосферы Красной планеты, если только в изначальном составе магмы не было более низкого содержания трехвалентного железа, чем предполагалось.
Полученные результаты позволяют лучше понять процессы образования скалистых планет, таких как Земля и Марс. Они также подчеркивают важность проведения дополнительных исследований для понимания того, как ведет себя железо в расплавленных породах.
Ранее исследователи выявили признаки магматизма на обратной стороне Луны, изучив образцы, собранные китайским космическим аппаратом «Чанъэ-6». Ожидается, что открытие позволит лучше понять процессы, происходящие под поверхностью естественного спутника Земли, и предоставят новые сведения об эволюции небесного тела.
