Nature: Глубоко в недрах Земли, возможно, покоятся останки древней планеты

В 1980-х годах геофизики сделали поразительное открытие: глубоко вблизи центра Земли были обнаружены два континентальных пятна необычного материала — одно под Африканским континентом, другое — под Тихим океаном. Каждый из них в два раза больше Луны и, вероятно, состоит из элементов, отличающихся по пропорциям от окружающей его мантии.

Откуда же взялись эти странные сгустки, известные как крупные области с низкой скоростью сдвига (large low-velocity provinces — LLVP)? Новое исследование, проведенное под руководством ученых Калифорнийского технологического института, позволяет предположить, что они являются остатками древней планеты, которая столкнулась с Землей миллиарды лет назад в результате того же гигантского удара, который привел 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 Тейи была поглощена молодой Землей, образовав LLVP, а оставшиеся после столкновения обломки превратились в Луну.

Исследование проводилось под руководством Цянь Юань, научного сотрудника O.K. Earl Postdoctoral Scholar Research Associate в лабораториях Пола Асимоу (MS '93, PhD '97), профессора геологии и геохимии Элеоноры и Джона Р. Макмиллана, и Майкла Гурниса, профессора геофизики Джона Е. и Хейзел С. Смитс, руководителя кафедры Кларенса Р. Аллена, директора Сейсмологической лаборатории Калтеха и директора Академии Шмидта по разработке программного обеспечения Калтеха.

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, обладают необычно высоким содержанием железа. Высокое содержание железа означает, что эти области более плотные, чем их окружение, что приводит к замедлению сейсмических волн, проходящих через них, и дает им название «крупные низкоскоростные провинции».

В 2019 году Юань, геофизик по образованию, 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 Тейи и ее столкновения с Землей. Моделирование подтвердило, что физика столкновения могла привести к образованию как LLVP, так и Луны. Часть мантии Тейи могла войти в состав мантии Земли, где она в конечном итоге слиплась и кристаллизовалась, образовав два отдельных пятна, которые сегодня можно наблюдать на границе ядра и мантии Земли; другие обломки, образовавшиеся в результате столкновения, смешались и сформировали Луну.

Почему при таком сильном ударе материал Тейи слипся в два отдельных сгустка, а не смешался с остальной частью формирующейся планеты? Моделирование, проведенное исследователями, показало, что большая часть энергии, полученной при ударе Тейи, осталась в верхней половине мантии, в результате чего нижняя мантия Земли оказалась холоднее, чем предполагалось в более ранних моделях удара с низким разрешением.

Поскольку нижняя мантия не была полностью расплавлена в результате удара, сгустки богатого железом материала из Тейи остались практически неповрежденными, просеявшись вниз к основанию мантии, подобно цветным массам парафина в выключенной лавовой лампе. Если бы нижняя мантия была более горячей (т.е. получила бы больше энергии от удара), она бы более тщательно перемешалась с богатым железом материалом, подобно краскам в перемешиваемом горшке с красками.

Следующим шагом должно стать изучение того, как раннее присутствие разнородного материала Тейи в глубине Земли могло повлиять на внутренние процессы нашей планеты, такие как тектоника плит.

Логическим следствием идеи о том, что LLVP являются остатками Тейи, является то, что они очень древние, — говорит Асимоу.

Поэтому имеет смысл изучить, какие последствия они имели для ранней эволюции Земли, например, начало субдукции до того, как условия стали подходящими для тектоники плит современного типа, формирование первых континентов и происхождение самых древних из сохранившихся земных минералов.

01.11.2023


Подписаться в Telegram



Космос

Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе

В космосе есть место, куда астрономы не р...

Nature Astronomy: Красные карлики тоже обогащают Вселенную
Nature Astronomy: Красные карлики тоже обогащают Вселенную

Астрономы могут заглянуть в прошлое, набл...

В ЮФУ предложили новую модель компактных звезд
В ЮФУ предложили новую модель компактных звезд

Новую модель компактных звезд предложили учены...

Astronomy & Astrophysics: Астрофизики измерили поведение частиц в килоновой
Astronomy & Astrophysics: Астрофизики измерили поведение частиц в килоновой

После столкновения двух нейтронных звезд и&nbs...

Наноспутник будет искать нефтяные пятна и предсказывать лесные пожары
Наноспутник будет искать нефтяные пятна и предсказывать лесные пожары

Два космических аппарата Самарского университе...

В АмГУ разработали модуль для российско-белорусского спутника
В АмГУ разработали модуль для российско-белорусского спутника

Проект инженеров Амурского госуниверситета поб...

Planetary Science Journal: Большое красное пятно Юпитера меняется в размерах
Planetary Science Journal: Большое красное пятно Юпитера меняется в размерах

С помощью телескопа Хаббл астрономы наблюдали ...

DPS56: На экзопланеты полезно взглянуть под другим углом
DPS56: На экзопланеты полезно взглянуть под другим углом

Астрономы сравнили чёткие снимки Урана от ...

MNRAS: Открыта самая удаленная вращающаяся дисковая галактика
MNRAS: Открыта самая удаленная вращающаяся дисковая галактика

С помощью телескопа ALMA ученые обнаружили отд...

Nature Astronomy: Открытие помогает понять, как возникла Солнечная система
Nature Astronomy: Открытие помогает понять, как возникла Солнечная система

Астрономы обнаружили новые детали газовых пото...

Science: Ученые создают глобальные карты коронального магнитного поля
Science: Ученые создают глобальные карты коронального магнитного поля

Учёные впервые проводили практически ежедневны...

A&A: Ученые обнаружили планету на орбите ближайшей к нашему Солнцу звезды
A&A: Ученые обнаружили планету на орбите ближайшей к нашему Солнцу звезды

С помощью Очень большого телескопа Европейской...

Nature Astronomy: Поверхность Цереры состоит изо льда более чем на 90%
Nature Astronomy: Поверхность Цереры состоит изо льда более чем на 90%

С 1801 года, когда Джузеппе Пиацци открыл перв...

Science Advances: Возможно, в глине Марса хранится часть атмосферы
Science Advances: Возможно, в глине Марса хранится часть атмосферы

Марс не всегда был холодной пустыней...

Journal of Neurochemistry: Космические лучи нарушают когнитивную активность
Journal of Neurochemistry: Космические лучи нарушают когнитивную активность

Радиация из космоса может быть опасна для...

Nature Astronomy: Астрономы разглядели уникальную асимметричную экзопланету
Nature Astronomy: Астрономы разглядели уникальную асимметричную экзопланету

С помощью космического телескопа Джеймс Уэбб а...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов
PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов
IFLScience: Червь, которого ученые не видели с 1956 года, был у всех на виду
IFLScience: Червь, которого ученые не видели с 1956 года, был у всех на виду
ИИ помог восстановить 3d барельефа буддийского храма по фото 134-летней давности
ИИ помог восстановить 3d барельефа буддийского храма по фото 134-летней давности
Ректор НИЯУ МИФИ призвал вузы запускать бизнес
Ректор НИЯУ МИФИ призвал вузы запускать бизнес
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Как человек проживает смерть родных