Глубоко внутри Земли лежат остатки древней планеты, предполагают исследователи

Обнаруженные два огромных сгустка глубоко в Земле могут быть остатками планеты, которая когда-то столкнулась с Землей и её другие остатки образовали Луну.

Об этом рассказывается в пресс-релизе Калифорнийского технологического института, передают OstanniPodii.com.

В 1980-х годах геофизики сделали поразительное открытие: глубоко вблизи центра Земли было обнаружено два континентальных пятна необычного материала -- одно под Африканским континентом, другое -- под Тихим океаном. Каждое из них вдвое больше Луны и, вероятно, состоит из элементов, отличающихся по пропорциям от окружающей её мантии.

Откуда же взялись эти странные сгустки, известные как "большие низкоскоростные области" (LLVP)? Новое исследование, проведенное под руководством ученых Калтеха, позволяет предположить, что они являются остатками древней планеты, которая столкнулась с Землей миллиарды лет назад в результате того самого гигантского удара, приведшего к образованию нашей Луны.

Исследование, опубликованное 1 ноября в журнале Nature, также предлагает ответ на другую загадку планетологии. Исследователи давно выдвинули гипотезу о том, что Луна образовалась в результате гигантского столкновения Земли с меньшей планетой, получившей название Тея, однако никаких следов Теи не было обнаружено ни в поясе астероидов, ни в метеоритах. Новое исследование позволяет предположить, что большая часть Теи была поглощена молодой Землей, образовав LLVP, а обломки, оставшиеся после столкновения, превратились в Луну.

Ученые впервые обнаружили LLVP, измеряя сейсмические волны, проходящие через Землю. Сейсмические волны проходят с разной скоростью через различные материалы, и в 1980-х годах появились первые намеки на крупномасштабные трехмерные вариации в глубинах структуры Земли. В глубинах мантии в картине сейсмических волн доминируют сигнатуры двух крупных структур вблизи ядра Земли, которые, по мнению исследователей, имеют необычно высокое содержание железа. Высокое содержание железа означает, что эти области более плотные, чем их окружение, что приводит к замедлению проходящих через них сейсмических волн и дает им название "большие низкоскоростные области".

Первый автор опубликованного недавно исследования Цянь Юань, геофизик по образованию, в 2019 году присутствовал на семинаре по формированию планет, который проводил Михаил Золотов, профессор Аризонского государственного университета. Золотов представил гипотезу гигантского столкновения, а Цянь отметил, что Луна относительно богата железом. Золотов добавил, что следов импактора, который должен был столкнуться с Землей, не обнаружено.

"Сразу после того, как Михаил сказал, что никто не знает, где сейчас находится импактор, у меня наступил "момент эврики", и я понял, что богатый железом импактор мог превратиться в мантийные сгустки", - говорит Юань.

Юань работал с междисциплинарными коллегами над моделированием различных сценариев химического состава Теи и ее столкновения с Землей. Моделирование подтвердило, что физика столкновения могла привести к образованию как LLVP, так и Луны. Часть мантии Теи могла включиться в состав Земли, где она в конце концов слиплась и кристаллизовалась, образовав два отдельных пятна, которые сегодня можно обнаружить на границе ядра и мантии Земли; другие обломки, образовавшиеся в результате столкновения, смешались и сформировали Луну.

Почему во время такого сильного удара материал Теи слипся в два отдельных сгустка, а не смешался с остальной частью формировавшейся тогда планеты? Моделирование, проведенное исследователями, показало, что большая часть энергии, полученной при ударе Теи, осталась в верхней половине мантии, в результате чего нижняя мантия Земли оказалась холоднее, чем предполагали более ранние модели удара с низким разрешением. Поскольку нижняя мантия не была полностью расплавлена в результате удара, сгустки богатого железом материала из Теи остались практически неповрежденными, просеявшись вниз к основанию мантии, подобно цветным массам парафина в выключенной лавовой лампе. Если бы нижняя мантия была горячей (то есть получила бы больше энергии от удара), она бы тщательнее перемешалась с богатым железом материалом, подобно перемешиванию цветов в банке с красками.

Исследователи считают, что следующим шагом должно стать изучение того, как раннее присутствие разнородного материала Теи в глубине Земли могло повлиять на внутренние процессы нашей планеты, такие как тектоника плит.

"Логическим следствием идеи о том, что LLVP являются остатками Теи, является то, что они являются очень древними", - говорит соавтор работы Пол Асимоу. "Поэтому имеет смысл изучить, какие последствия они имели для ранней эволюции Земли, например, начало субдукции до того, как условия стали пригодными для тектоники плит современного типа, формирование первых континентов и происхождение древнейших из сохранившихся земных минералов".

Опубликованная работа называется "Лунообразующий импактор как источник аномалий базальной мантии Земли".