Ученые обнаружили в недрах Земли фрагменты древней протопланеты

Новости МирТесен

В ходе изучения образцов горных пород, происходящих из Гренландии, Канады и Южной Африки, учёные из международной исследовательской группы выявили в них вещество, которое составляло прото-Землю — предшественника нашей планеты, существовавшего до столкновения, приведшего к образованию Луны.

Около 4,5 миллиарда лет назад наша планета представляла собой нечто вроде раскаленного шара из лавы, сформировавшегося из газа и пыли в неорганизованном диске, окружавшем молодую Солнечную систему. Предполагается, что современный вид Земля приобрела в результате столкновения с гипотетической планетой Тейя — объектом, сравнимым по размерам с Марсом, который мог состоять из вещества, схожего с углеродистыми хондритами. Столкновение было настолько мощным, что расплавило недра прото-Земли, фактически изменив ее химический состав, а из обломков, как полагают некоторые группы ученых, сформировалась Луна.

С целью выяснить, остались ли свидетельства существования предыдущей планеты в мантии Земли, геологи во главе с Да Ваном (Da Wang) из Технологического университета Чэнду (Китай) и Николь Ни (Nicole X. Nie) из Массачусетского технологического института (США) провели анализ образцов мафических пород (базальтов), взятых из разных геологических зон. В исследовании были задействованы древнейшие участки земной коры и современные вулканические источники.

Образцы магических пород были отобраны из геологических коллекций, ранее изученных в ходе полевых экспедиций. В их число вошли материалы, найденные в древних кристаллических структурах, таких как пояс Исуа (Гренландия), зеленокаменный пояс Нуввуагиттук (Канада) и кратон Каапвааль (Южная Африка). Изученные породы представляли собой образцы, происходящие из различных глубин и геологических эпох земной мантии.

Специалисты также изучили современные базальты, добытые с острова Реюньон (Индийский океан) и подводного вулкана Камаэхуаканалоа (Гавайи). Это связано с тем, что магматические породы в этих областях поднимаются из глубоких мантийных резервуаров, предоставляя современное представление о геологической истории нашей планеты.

Используя метод масс-спектрометрии с термической ионизацией (TIMS), исследователи смогли с высокой степенью точности установить соотношение между тремя изотопами калия: ³⁹К (наиболее распространенным), ⁴⁰К (самым редким) и ⁴¹К (встречающимся в небольшом количестве). Этот метод позволяет определять отношения между атомами одного и того же элемента (калия), отличающимися числом нейтронов.

Калий, являясь литофильным элементом, то есть входящим в состав горных пород, а не металлов или газов, демонстрирует через свой изотопный состав историю формирования и эволюции земной коры и мантии. Для проведения таких исследований требуется высокая точность, достигающая десятых долей миллионной доли, поскольку разница между современным составом Земли и остатками прото-Земли крайне мала и ее выявление затруднено.

В результате проведенных исследований было установлено, что в некоторых магматических породах из областей Исуа и Нуввуагиттук, а также в современных базальтах, обнаруженных на Реюньоне и Гавайях, присутствует незначительный, но постоянный недостаток изотопа ⁴⁰K. Это свидетельствует о наличии глубоко залегающего резервуара вещества, образовавшегося до крупного столкновения и долгое время сохранявшегося в мантии Земли.

Ван и Ни сопоставили полученные данные с моделями, имитирующими смешение вещества Земли и метеоритов. Анализ показал, что современный химический состав мантии может быть объяснен, если считать, что до столкновения прото-Земли с Тейей дефицит ⁴⁰К составлял около —0,65 миллионной доли, а после этого к нему присоединилось примерно 9-12% метеоритного вещества, характеризующегося повышенным содержанием ⁴⁰К. Таким образом, около 25% всего калия, присутствующего в земной мантии, могло образоваться за пределами Земли.

Таким образом, создатели научной работы, опубликованной в журнале Nature Geoscience,
подтвердили, что в недрах нашей планеты присутствуют неразмешанные участки первичной мантии прото-Земли. Последние, как оказалось, до сих пор участвуют в вулканических процессах в Реюньоне и на Гавайях.

«Благодаря этим участкам мы можем «наблюдать» сохранившиеся фрагменты древней Земли», — подытожила Николь Ни.