Ученые из Массачусетского технологического института и партнерских институтов обнаружили крайне редкие остатки материала «прото-Земли», существовавшей около 4,5 миллиардов лет назад. Эти образцы формировались до гигантского столкновения, которое полностью изменило химический состав молодой планеты и создало современную Землю. Исследование опубликовано в журнале Nature Geosciences.
Прото-Земля и гигантский удар
Миллиарды лет назад Солнечная система представляла собой вращающийся диск газа и пыли. Из него слипались метеориты, которые постепенно образовали прото-Землю и соседние планеты. В то время планета была каменистой и бурлила лавой. Менее чем через 100 миллионов лет крупный метеорит, примерно с Марс, столкнулся с Землей, полностью перемешав и расплавив ее недра. Считалось, что первоначальные материалы полностью исчезли.
Однако новые исследования показывают, что часть исходной «прото-Земли» сохранилась. Геологи выявили уникальную химическую сигнатуру в древних породах — небольшой дисбаланс изотопов калия. Этот дефицит калия-40 не мог возникнуть в результате последующих столкновений или современных геологических процессов.
«Возможно, это первое прямое доказательство того, что мы сохранили материалы доисторической Земли. Мы видим фрагмент планеты до гигантского столкновения. Это поразительно, поскольку такая древняя "подпись" могла быть стерта миллиардами лет геологической активности», — говорит Николь Ни, доцент кафедры наук о Земле и планетах MIT.
Как калий помог заглянуть в прошлое планеты
Изотопы — это разновидности одного элемента с разным числом нейтронов. Калий существует в природе как калий-39, 40 и 41. На Земле преобладают 39 и 41, калий-40 встречается в малой доле.
Команда Ни исследовала метеориты со всего мира и обнаружила различные изотопные сочетания калия. Эти аномалии подсказали, что определенные материалы формировались до современного состава Земли.
«Мы поняли, что калий можно использовать как индикатор строительных блоков планеты. Любой дисбаланс говорит о происхождении материала из ранней Солнечной системы», — объясняет Ни.
Древние породы Земли
В текущем исследовании образцы были взяты из Гренландии, Канады и Гавайских вулканов, где древние породы поднялись на поверхность из глубин мантии. Команда растворила порошок в кислоте, выделила калий и с помощью масс-спектрометра измерила соотношение изотопов.
В результате был обнаружен дефицит калия-40, даже относительно малого содержания этого изотопа в современной Земле.
«Это словно находка крупинки коричневого песка в ведре с желтым песком. Такая аномалия говорит о том, что материал "построен иначе", чем большинство современных земных пород», — говорит Ни.
Прото-Земля в лаборатории
Чтобы проверить гипотезу, ученые смоделировали последствия гигантского удара и столкновений с метеоритами на протяжении миллиардов лет. Модели показали, что первоначальные материалы с дефицитом калия-40 могли частично сохраниться, а большая часть изменилась до современных значений.
Интересно, что химическая подпись этих пород не полностью совпадает с изученными метеоритами.
«Текущий список метеоритов не полон, нам предстоит еще многое узнать о составе первичной Земли и ее строительных блоках», — говорит Ни
Значение открытия
По словам геологов, результаты дают уникальный взгляд на условия ранней Солнечной системы и формирование планет. Они позволяют реконструировать химический состав первичной Земли, понять процессы, происходившие в ее недрах до и после гигантского столкновения, и оценить, как материал прото-Земли выжил до наших дней.
Редкий метеорит заполнил пробел в вулканической истории Луны почти в миллиард лет
Древнейшие доказательства тектонической активности Земли найдены в Австралии
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram