Фото: АР
Геолог знайшов сліди двох протопланетних тіл у породах мантії Землі
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.