Загадка крупных областей с низкой скоростью сдвига, обнаруженных в мантии Земли, наконец-то разгадана. Согласно новому исследованию, проведенному учеными из трех престижных университетов, эти аномалии в действительности являются остатками планеты Тейя, которая столкнулась с Землей около 4,5 миллиарда лет назад, сформировав Луну.
Исследование основано на гидродинамическом моделировании и исследовании, проведенном в 2019 году, которое показало, что столкновение с планетой размером с Марс должно было привести к расслоению мантии на глубине около 1300 километров. Верхний слой мантии тогда представлял собой океан магмы, созданный перемешиванием материала первоначальной Земли с Тейей, а нижний более твердый слой сохранил свой первоначальный состав. Оценки показывают, что около 1,6-2 процента массы Земли составляет материал Тейи, попавший внутрь Земли.
С течением времени верхний расплавленный слой остывал, и его отдельные части тонули и накапливались на границе ядра и мантии Земли, где могли сохраняться на протяжении 4,5 миллиарда лет. Для изучения дальнейшей судьбы этого материала Тейи в ученые использовали более точные моделирования.
В процессе исследования были обнаружены две аномальные зоны на границе ядра и мантии - крупные области с низкой скоростью сдвига (LLVP). Эти зоны находятся под Африкой и Тихим океаном и достигают нескольких тысяч километров в поперечнике, составляя шесть процентов объема Земли. Конкретно тихоокеанская LLVP имеет диаметр 3000 километров.
Ранее было предложено несколько гипотез появления этих аномалий, но ни одна из них не объясняла наличие значительного количества летучих веществ в LLVP. Ученые предположили, что эти летучие компоненты исходно были захвачены Тейей из протопланетной туманности за орбитой Юпитера и удерживались ею до столкновения с Землей.
Чтобы убедиться, что LLVP действительно представляют собой остатки Тейи, ученые смоделировали погружение вещества протопланеты в мантию Земли. Они сравнили химический состав пород на Луне с ожидаемым составом мантии Тейи и обнаружили сходство. В мантии Луны содержится FeO и низкое соотношение дейтерия к водороду, что также характерно для Тейи. Гидродинамические модели подтвердили, что за счет содержания FeO мантия Тейи должна быть на 2-3,5 процента плотнее мантии Земли.
Таким образом, ученые пришли к выводу, что сгустки мантии Тейи, имеющие радиус около 50 километров и плотность на 2,5 процента выше, чем окружающая мантия, представляют собой около 4 процентов общего объема мантии Земли.
Это открытие представляет важный шаг в понимании формирования Земли и Луны. Понимание остатков планеты Тейя внутри нашей планеты может также пролить свет на другие предполагаемые аномалии мантии и дать нам новые инсайты о процессах, произошедших миллиарды лет назад.
Это предположение поддерживается результатами исследований, которые показывают, что другие планеты, такие как Марс, Венера и Меркурий, также могут иметь сходные гигантские удары и соответствующие неоднородности мантии. Эти неоднородности могут играть важную роль в формировании геологических особенностей и эволюции планеты в целом.
Таким образом, исследование гигантских ударов и их влияние на формирование и эволюцию планет является одной из актуальных тем современной науки. Дальнейшие исследования могут помочь уточнить и расширить наше понимание процессов, происходящих во Вселенной, и раскрыть новые аспекты взаимодействия планетных систем.