Исследование, опубликованное в Geochimica et Cosmochimica Acta, уточняет представления о составе и эволюции Меркурия. Данные космических миссий вместе с лабораторным моделированием показывают, что это одна из самых химически необычных планет Солнечной системы.
Меркурий характеризуется крайне низким содержанием железа, высоким уровнем серы и восстановленным химическим состоянием — это означает, что его вещества обогащены электронами по сравнению с земными породами. В планетологии это считается крайне редкой комбинацией. По оценке авторов работы, Меркурий — самая восстановленная планета среди известных объектов Солнечной системы.
Почему земные модели не подходят
«Поверхность Меркурия выглядит совершенно иначе, чем поверхность Земли. Привычные модели земной магматической эволюции плохо применимы: данные зондов дают фрагментарную картину, а прямых образцов нет», — отмечает Радждип Дасгупта из Университета Райса.
Это создает серьезную проблему в интерпретации: состав поверхности Меркурия плохо укладывается в привычные земные модели формирования коры и мантии. Поэтому ученые обращаются к косвенным аналогам, включая метеориты, чтобы понять, как могла формироваться такая химия.
Метеорит Индарх как аналог первичного вещества
Ключевым объектом стал метеорит Индарх, найденный в Азербайджане в 1891 году. Его химический состав оказался близок к предполагаемому составу исходного материала Меркурия.
«Индарх химически так же восстановлен, как и горные породы на Меркурии», — говорит Ишен Чжан, ведущий автор исследования.
По его словам, этот метеорит может представлять собой один из строительных блоков планеты, сохранившихся с ранних этапов формирования Солнечной системы.
Лабораторная имитация недр Меркурия
Ученые создали модель расплава на основе состава Индарха (речь идет о веществе, которое нагрели до состояния, аналогичного магме в мантии) и провели эксперименты при высоких давлениях и температурах, соответствующих условиям мантии Меркурия. В специальных установках смесь нагревали до магматических состояний и отслеживали процесс кристаллизации.
Эксперименты показали устойчивый эффект: сера резко снижает температуру, при которой расплав начинает затвердевать. Это означает, что магмы на Меркурии могут оставаться жидкими значительно дольше, чем земные аналоги при сопоставимых условиях.
Роль серы в изменении химии планеты
На Земле и Марсе сера в основном связывается с железом. Однако на Меркурии железа мало, и сера перераспределяется на другие элементы — магний и кальций, которые обычно участвуют в формировании силикатных минералов.
В нормальных земных условиях эти элементы связываются с кислородом, формируя устойчивую силикатную сеть — основу земной коры и мантии. На Меркурии же часть кислорода замещается серой. Это ослабляет структуру минералов и делает их менее устойчивыми к кристаллизации.
Именно этот эффект, по данным исследования, приводит к понижению температур затвердевания магм и изменяет сам механизм формирования твердой мантии.
Последствия для формирования планеты
«Поскольку Индарх может представлять состояние протопланеты Меркурия, эти результаты показывают, что планета, вероятно, формировалась уже с серой в структурных позициях, которые на Земле занимает кислород», — объясняет Чжан.
Это означает, что базовая химия Меркурия изначально отличалась от земной, а не изменилась позднее.
Такое распределение элементов радикально меняет сценарий затвердевания мантии и последующей геологической эволюции планеты.
Пересмотр планетарной эволюции
По словам Радждипа Дасгупты, работа расширяет сам подход к планетологии. Вместо того, чтобы экстраполировать земные процессы на другие планеты, необходимо учитывать их собственные химические системы.
В случае Меркурия сера играет роль, сопоставимую с водой или углеродом на Земле: она управляет плавлением, кристаллизацией и структурой магм. Это означает, что геологическая история планеты могла развиваться по принципиально иному сценарию, чем у Земли или Марса.
На Меркурии обнаружены признаки геологической активности
Астрономы нашли атмосферу на древней суперземле с магматическим океаном
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX