В предыдущем материале мы рассказывали о мантийных плюмах, присутствующих в недрах нашей планеты, а также о цикличной активности их магнетизма. Сегодня мы расскажем об одном исследовании, которое посредством двух суперплюмов объясняет некоторые загадки формирования Луны, Земли, да и всех остальных объектов Солнечной системы.
Литосферное кладбище
Области, названные сейсмологами крупными областями с низкой скоростью сдвига (LLSVP), обнаружили еще в 70-х годах прошлого века методом сейсмической топографии. Глубинное зондирование Земли было в то время новаторством, позволившим на границе ядра и мантии обнаружить области, где поперечные сейсмические волны имеют аномально низкую скорость прохождения. Их можно сравнить с наушниками, которые с двух сторон охватывают ядро Земли.
В реальности области LLSVP – это сгустки каменного вещества, которые более плотны и более горячи, чем мантия вокруг них. Откуда они взялись, пока не знает никто, однако основные гипотезы на этот счет имеются. Некоторые специалисты считают, что в то время, когда Земля еще формировалась, мантия в ее недрах во время гравитационной дифференциации не полностью гомогенизировалась. Тем самым на глубине сохранилось вещество в более густом виде.
Другая часть ученых считает LLSVP «кладбищем» литосферных плит. На границах этих образований один блок земной коры погружается под другой и плавится в верхних слоях мантии. Легкая часть плиты поднимется на поверхность в зонах срединно-океанических хребтов, а тяжелая опустится вниз, к самому ядру. Таким образом там может происходить накопление более плотного вещества.
Прото-Земля
Третья версия формирования LLSVP связана с импактной гипотезой происхождения Луны. Это самая распространенная теория по поводу появления у Земли спутника в научном сообществе. Считается, что примерно 4,5 миллиарда лет назад прото-Земля столкнулась с другой планетой Тейей, размеры которой сопоставимы с размерами Марса. Часть материала, потерянного во время этого события, оказалась выброшена на орбиту, и впоследствии стало Луной.
Доминирующей эта гипотеза стала потому, что хорошо согласуется с системой Земля-Луна в ключевых моментах: ориентация лунной орбиты аналогична вращению Земли, а очень высокий угловой момент всей системы хорошо объясняется дополнительным импульсом, созданным колоссальным ударом. И потом, Луна менее плотная, летучих компонентов на ней мало, а судя по образцам грунта, поверхность ее когда-то была расплавлена и обогащена железом (прямо, как Тейя).
В то же время следов самой Тейи на Луне не нашли. Лунные и земные породы идентичны по изотопному и химическому составу. У Тейи он был бы другой, поскольку изотопно-кислородная «подпись» у каждого объекта Солнечной системы уникальна. Эта гипотеза появилась в тех же 70-х годах ХХ века. Но комплексная модель события столкновения была представлена только весной 2021 года.
Земное расслоение
Исследователи во главе с аспирантом-геологом Цянь Юанем использовали в своей работе хорошо себя зарекомендовавший метод вычислительной гидродинамики. Симуляция показала, что мощное столкновение привело не к гомогенизации мантии прото-Земли, а к ее расслоению. Наверху оказался океан жидкой магмы, в котором материалы Тейи перемешались с земными. Внизу же так и осталась твердая по составу прото-Земля. Это очень хорошо объясняет, почему сейчас в нижнем слое мантии больше кремния.
Важно отметить, что в процессе моделирования ученые рассмотрели множество разных вариантов относительно размеров и плотности Тейи. В тех случаях, когда ее вещество было плотнее земного на 1,5-3,5%, ее обломки погружались вниз к самому ядру и надолго оставались там в неизменном виде, не смешиваясь. То, что области LLSVP на 2-3,5% плотнее окружающей их мантии наводят исследователей на мысли, что это и есть остатки Тейи.
В пользу этого говорят и модели мантийной конвекции, согласно которой большие и плотные сгустки вещества через несколько миллиардов лет после погружения в мантию соберутся в две термохимические кучи, через которые сдвиговые сейсмические волны будут проходить гораздо медленнее.
Инопланетное вещество
Ранее мы упоминали, что LLSVP имеют обширную разветвленную сеть мантийных плюмов. Так вот в лавах вулканов, что расположены над этими столбами, нашли геохимические маркеры, доказывающие, что эти структуры – реликты инопланетного вещества. Главным отличием магмы этих участков от других земных пород заключается в изотопных соотношениях водорода и инертных газов гелия-3 и ксенона-4.
Их значения высоки, так что ученые смело утверждают, что эти резервуары сохранили в себе древнее вещество. Еще исследование команды Юаня показало, что Тейя была намного крупнее, ее размеры были такие же, как и у прото-Земли. Большая часть ее вещества смешалась с земной мантией и только 2% опустилось к ядру, сохранившись в LLSVP.
Луне же досталось в шесть раз меньше общей массы Тейи. Кстати, анализ лунных мантийных пород мог бы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу. На будущие лунные миссии возлагают большие надежды. Ведь они планируют взять образцы из крупнейшего ударного кратера на Южном полюсе спутника. Так что есть вероятность, что новые данные позволят сделать сенсационные открытия.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также:
