Огромная аномалия в мантии Земли может быть остатком столкновения, в результате которого образовалась Луна.

Пользовательская оценка: 5 / 5

Международная междисциплинарная исследовательская группа недавно обнаружила, что массивная аномалия глубоко внутри Земли может быть остатком столкновения, произошедшего около 4,5 миллиардов лет назад, в результате которого образовалась Луна. Это исследование дает важное новое представление не только о внутренней структуре Земли, но также о ее долгосрочной эволюции и составе внутренней солнечной системы.

Исследование основано на методах вычислительной гидродинамики, разработанных профессором доктором наук. Дэн Хунпин из Шанхайской астрономической обсерватории (ШАО) Китайской академии наук был опубликован в виде тематической статьи в журнале Nature 2 ноября. Формирование Луны оставалось загадкой для поколений ученых. Преобладающая теория состоит в том, что на поздних стадиях роста Земли, около 4,5 миллиардов лет назад, произошло массивное столкновение, известное как «гигантский удар», между первичной Землей (Гея) и протопланетой размером с Марс, известной как Тейя. . Считается, что Луна образовалась из обломков этого столкновения.

Численное моделирование показало, что Луна, вероятно, унаследовала материал в основном от Тейи, в то время как Гайя лишь слегка загрязнена материалом Тейи из-за своей гораздо большей массы.

Поскольку Гея и Тейя были относительно независимыми образованиями и состояли из разных материалов, теория предполагала, что Луна, на которой доминирует тейанская материя, и Земля, на которой доминирует тейанская материя, будут иметь разный состав. Однако позже очень точные измерения изотопов показали, что составы Земли и Луны были удивительно похожи, что поставило под сомнение традиционную теорию формирования Луны.

Хотя было предложено несколько сложных моделей гигантского удара, все они были протестированы. Чтобы еще больше улучшить теорию формирования лун, профессор Дин начал исследовать образование лун в 2017 году. Он сосредоточился на разработке нового метода вычислительной гидродинамики под названием «Бессеточная конечная масса» (MFM), который превосходно моделирует турбулентность и смешивание материалов.

Используя этот новый подход и выполнив несколько симуляций гигантского удара, профессор Дин обнаружил, что на ранней Земле наблюдались слои мантии после удара, где верхняя и нижняя мантия имели разный состав и состояние. Верхняя мантия содержала океан магмы, созданный в результате обширного смешивания материалов Геи и Тейи, в то время как нижняя мантия оставалась в значительной степени твердой и сохранила состав материалов Геи.

«Предыдущие исследования слишком много внимания уделяли структуре диска обломков (передняя часть Луны) и упускали из виду влияние гигантского удара на раннюю Землю», — сказал Дин. После обсуждений с геофизиками Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе профессор Дин и его сотрудники поняли, что эти слои мантии, возможно, сохранились до наших дней, что соответствует глобальным сейсмическим отражателям в середине мантии (около 1000 километров под землей). ). поверхность земли).

Согласно предыдущему исследованию профессора Дина, до столкновения во всей нижней мантии Земли все еще преобладал материал Гайи, который имеет другой элементный состав (включая более высокое содержание кремния), чем верхняя мантия. «Наши результаты опровергают традиционную идею о том, что гигантский удар привел к гомогенизации ранней Земли», — сказал профессор. «Вместо этого гигантское столкновение, в результате которого образовалась Луна, по-видимому, является источником ранней неоднородности мантии и представляет собой отправную точку геологической эволюции Земли на протяжении 4,5 миллиардов лет».

Другим примером неоднородности мантии являются две аномальные области, называемые большими провинциями низких скоростей (LLVP), которые простираются на тысячи километров в основании мантии Земли. Один расположен под Африканской тектонической плитой, другой — под Тихоокеанской тектонической плитой. При прохождении через эти районы сейсмических волн скорость волн значительно снижается.

LLVP имеют важные последствия для эволюции мантии, разделения и сборки суперконтинентов, а также тектонических структур земных плит. Однако их происхождение оставалось загадкой. врач. Юань Цянь из Калифорнийского технологического института и его коллеги предположили, что LLVP могли образоваться из небольшого количества Теана, вошедшего в нижнюю мантию Геи. Затем они пригласили профессора Дина исследовать распределение и состояние теанского материала глубоко в недрах Земли после гигантского удара.

Благодаря углубленному анализу предыдущих моделей гигантского удара и запуску новых моделей с более высоким разрешением исследовательская группа обнаружила, что значительное количество тейского мантийного материала, около 2% массы Земли, вошло в нижнюю мантию Гайи.

Затем профессор Дэн пригласил астрофизика доктора. Джейкобу Кегерису, чтобы подтвердить этот вывод, используя традиционные методы SPH (гидродинамики гладких частиц). Исследовательская группа также подсчитала, что этот материал мантии Тейи, похожий на лунные камни, богат железом, что делает его более плотным, чем окружающий материал Геи. В результате они быстро опустились на дно мантии, образовав две заметные области LLVP в ходе длительной мантийной конвекции. Эти LLVP оставались стабильными на протяжении 4,5 миллиардов лет геологической эволюции.

Неоднородности в глубокой мантии, как в среднемантийных отражателях, так и в LLVP у основания, указывают на то, что недра Земли далеко не являются однородной и «скучной» системой. Фактически, небольшое количество глубокой неоднородности может быть вынесено на поверхность мантийными плюмами, цилиндрическими восходящими конвекционными потоками, порождаемыми мантийной конвекцией, такими как те, которые, вероятно, образовались на Гавайях и в Исландии.

Например, геохимики, изучающие изотопные соотношения редких газов в образцах исландского базальта, обнаружили, что эти образцы содержат компоненты, отличные от типичных поверхностных материалов. Эти компоненты являются остатками неоднородностей глубокой мантии возрастом более 4,5 миллиардов лет и служат ключом к пониманию первоначального состояния Земли и даже формирования близлежащих планет.

врач. Юань: «Тщательно анализируя большее количество образцов горных пород в сочетании с более точными моделями гигантского удара и моделями эволюции Земли, мы можем сделать вывод о физическом составе и орбитальной динамике первичной Земли, Геи и Тейи. Это позволяет нам проследить всю историю происхождения карт внутренней части Солнечной системы». Профессор Дин видит более широкую роль текущих исследований. «Это исследование также дает вдохновение для понимания формирования и обитаемости экзопланет за пределами нашей солнечной системы».

источник: Psyg.org