Pozostałości starożytnej planety leżą głęboko w Ziemi

Pozostałości starożytnej planety leżą głęboko w Ziemi

W latach 80. geofizycy dokonali zaskakującego odkrycia: głęboko w pobliżu centrum Ziemi odkryto dwie plamy niezwykłego materiału wielkości kontynentu, jedną pod kontynentem afrykańskim, a drugą pod Oceanem Spokojnym. Każda plamka jest dwa razy większa od Księżyca i prawdopodobnie składa się z pierwiastków w innych proporcjach niż otaczający ją płaszcz.

Skąd wzięły się te dziwne plamy – formalnie znane jako duże prowincje o niskiej prędkości (LLVP) –? Nowe badania prowadzone przez badaczy z Caltech sugerują, że są to pozostałości starożytnej planety, która miliardy lat temu gwałtownie zderzyła się z Ziemią w wyniku tego samego gigantycznego uderzenia, które doprowadziło do powstania naszego Księżyca.

Badanie, opublikowane 1 listopada w czasopiśmie Nature, proponuje także odpowiedź na inną zagadkę nauk planetarnych. Naukowcy od dawna stawiali hipotezę, że Księżyc powstał w następstwie gigantycznego zderzenia Ziemi z mniejszą planetą zwaną Theia, jednak nigdy nie znaleziono żadnych śladów Thei w pasie asteroid ani w meteorytach. Nowe badanie sugeruje, że większość Thei została wchłonięta przez młodą Ziemię, tworząc LLVP, podczas gdy pozostałości po uderzeniu połączyły się w Księżyc.

Badania prowadził Qian Yuan, OK Earl Postdoctoral Scholar Research Associate w laboratoriach zarówno Paula Asimowa (MS ’93, PhD ’97), Eleanor, jak i Johna R. McMillana, profesora geologii i geochemii; oraz Michael Gurnis, profesor geofizyki Johna E. i Hazel S. Smits oraz przewodniczący kierownictwa Clarence R. Allen, dyrektor Laboratorium Sejsmologicznego Caltech i dyrektor Akademii Schmidta ds. Inżynierii Oprogramowania w Caltech.

Naukowcy po raz pierwszy odkryli LLVP, mierząc fale sejsmiczne przemieszczające się przez Ziemię. Fale sejsmiczne przemieszczają się z różną prędkością przez różne materiały, a w latach 80. XX wieku pojawiły się pierwsze wskazówki dotyczące wielkoskalowych trójwymiarowych zmian głęboko w strukturze Ziemi. W najgłębszym płaszczu wzór fal sejsmicznych jest zdominowany przez sygnatury dwóch dużych struktur w pobliżu jądra Ziemi, które według badaczy zawierają niezwykle wysoki poziom żelaza. Ta wysoka zawartość żelaza oznacza, że ​​regiony są gęstsze niż ich otoczenie, co powoduje spowolnienie przepływających przez nie fal sejsmicznych, co prowadzi do nazwy „duże prowincje o niskiej prędkości”.

Yuan, z wykształcenia geofizyk, uczestniczył w seminarium na temat powstawania planet prowadzonym przez Michaiła Zołotowa, profesora na Uniwersytecie Stanowym w Arizonie, w 2019 r. Zołotow przedstawił hipotezę uderzenia giganta, natomiast Qian zauważył, że Księżyc jest stosunkowo bogaty w żelazo. Zołotow dodał, że nie znaleziono żadnych śladów impaktora, który musiał zderzyć się z Ziemią.

„Zaraz po tym, jak Michaił powiedział, że nikt nie wie, gdzie teraz znajduje się impaktor, przeżyłem „moment eureki” i zdałem sobie sprawę, że bogaty w żelazo impaktor mógł przekształcić się w plamy w płaszczu” – mówi Yuan.

Yuan współpracował z interdyscyplinarnymi współpracownikami, aby modelować różne scenariusze składu chemicznego Thei i jej wpływu na Ziemię. Symulacje potwierdziły, że fizyka zderzenia mogła doprowadzić do powstania zarówno LLVP, jak i Księżyca. Część płaszcza Thei mogła zostać włączona do płaszcza Ziemi, gdzie ostatecznie zbiła się i skrystalizowała, tworząc dwie odrębne plamy, które można dziś wykryć na granicy jądra i płaszcza Ziemi; inne szczątki powstałe w wyniku zderzenia zmieszały się, tworząc Księżyc.

Dlaczego materia Thei, biorąc pod uwagę tak gwałtowne uderzenie, zbiła się w dwie odrębne plamy, zamiast zmieszać się z resztą tworzącej się planety? Symulacje badaczy wykazały, że znaczna część energii dostarczonej w wyniku uderzenia Thei pozostała w górnej połowie płaszcza, pozostawiając dolny płaszcz Ziemi chłodniejszy niż szacowano we wcześniejszych modelach uderzenia o niższej rozdzielczości. Ponieważ dolny płaszcz nie uległ całkowitemu stopieniu w wyniku uderzenia, grudki bogatego w żelazo materiału z Thei pozostały w dużej mierze nienaruszone, gdy opadły na podstawę płaszcza, niczym kolorowe masy parafiny w wyłączonej lampie lawowej. Gdyby dolny płaszcz był gorętszy (to znaczy otrzymał więcej energii w wyniku uderzenia), zmieszałby się dokładniej z materiałem bogatym w żelazo, niczym kolory w mieszanym garnku z farbami.

Następnym krokiem będzie zbadanie, jak wczesna obecność heterogenicznego materiału Thei w głębi Ziemi mogła wpłynąć na procesy wewnętrzne naszej planety, takie jak tektonika płyt.

„Logiczną konsekwencją poglądu, że LLVP są pozostałością Thei, jest to, że są bardzo starożytne” – mówi Asimow. „Dlatego sensowne jest zbadanie, jakie miały one konsekwencje dla najwcześniejszej ewolucji Ziemi, takie jak początek subdukcji, zanim warunki były odpowiednie dla nowoczesnej tektoniki płyt, powstanie pierwszych kontynentów i pochodzenie najstarszego ocalałe minerały lądowe.”

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]
science