В ісландській вулканічній породі виявили сліди двох протопланетних тіл

Американський геолог виявив в ісландських вулканічних породах хімічні сліди первинної матерії Землі та Тейі, прародительки Місяця, що вказує на існування великих покладів таких порід у глибинних шарах мантії нашої планети.

Про це йдеться у статті, опублікованій у журналі Nature.

На сьогоднішній день вважається, що мантія Землі сформувалася у своєму сучасному вигляді приблизно 4,5 мільярда років тому, після зіткнення з Тейєю, протопланетним тілом розміри якого порівнянні з Марсом. Під час удару Тейя була знищена, частина її матерії змішалася із земною мантією, а інша частина була викинута разом із верхніми шарами літосфери Землі у космос і перетворилася на Місяць.

Американський геолог Суджа Мукхопадхьяї (Sujoy Mukhopadhyay) з Гарвардського університету аналізував ізотопний склад зразків вулканічного скла, знайдених всередині відкладень мантійного базальту на території острова Ісландія.

У своїй роботі Мукхопадхьяї обчислив частку рідкісних ізотопів благородних газів - гелію-3, неону-22 та аргону-36 у зразках базальтового скла і порівняв їх з аналогічними показниками для інших зразків базальту, витягнутих з морського дна.

Як зазначає геолог, концентрація і частка даних газів у зразках гірських порід є свого роду фізико-хімічними паспортом, за яким можна визначити вік і походження мінералу.

Це обумовлено двома причинами. По-перше, благородні гази хімічно інертні, не утворюють сполук поза лабораторними умовами і тому не можуть потрапити всередину порід з атмосфери. По-друге, дані ізотопи утворюються під час розпаду лише деяких радіоактивних елементів, які були широко поширені під час "дитинства" Сонячної системи і не зустрічаються сьогодні.

Дослідник виявив, що частка неону-22 у фрагментах вулканічного скла була помітно вищою, ніж в інших зразках базальту з морського дна. Аналогічна залежність простежувалася і для інших благородних газів: гелію-3 та аргону-36. Отже, вихідні породи, із яких сформувався ісландський базальт та вулканічне скло, помітно відрізнялися за своїм ізотопним і хімічним складом від звичайних, земних, базальтів і попередніх порід.

Виявивши настільки серйозну відмінність в ізотопному складі, автор статті спробував знайти джерело мантійних порід, не схожих за своїми характеристиками на земні.

Для цього Мукхопадхьяї порівняв співвідношення двох стабільних ізотопів ксенону – відносно рідкісного ксенону-129 (Xe-129) і поширенішого ксенону-130. Перший ізотоп утворюється під час розпаду відсутнього у сучасній Сонячній системі йоду-129 (I-129), атоми якого були відносно поширені у Сонячній системі на момент її народження і поступово зникли через короткий період напіврозпаду - 15,7 мільйона років.

За розрахунками геолога, отримана пропорція I-129 і Xe-129 могла виникнути лише у тому випадку, якщо базальт сформувався 4,45 мільярда років тому або пізніше і після цього не змішувався з іншими верствами мантії. Саме протопланетне тіло, судячи зі співвідношення ізотопів гелію-3 та гелію-4, повинно було виникнути приблизно через 100 мільйонів років після народження Сонячної системи.

Це означає, що первинні породи Землі і прародительки Місяця не повністю перемішалися під час зіткненні протопланетних тіл і збереглися у вигляді окремих "грудок" з унікальним хімічним складом. Швидше за все, великі поклади первинних порід існують у глибині мантії нашої планети.

За словами геолога, неоднорідність "сплаву" Землі і Тейі дозволяє пояснити аномалії у хімічному складі порід Місяця, виявлені за останнє десятиліття. З іншого боку, такі артефакти не повинні існувати в принципі за сучасними теоріями циркуляції мантії, що вказує на необхідність їх перегляду, підсумовує автор статті.

Раніше вчені дійшли висновку, що ідентичне співвідношення ізотопів титану у земних породах і в надрах Місяця вказують на те, що супутник Землі практично повністю складається з тієї самої матерії, із якої утворилася наша планета на початку існування Сонячної системи.