Около 4,5 миллиарда лет назад ранняя Земля представляла собой раскаленный каменный шар, покрытый лавой. Менее чем через 100 миллионов лет после формирования в нее врезался объект размером с Марс (согласно этой гипотезе именно тогда из выплеснувшейся на орбиту мантии Земли образовалась Луна). Это гигантское столкновение полностью расплавило недра планеты и изменило ее химический состав. До сих пор считалось, что весь исходный материал протоземли безвозвратно утрачен.
Геологи обнаружили следы затерянного мира в глубинах Земли
Исследователи из Массачусетского технологического института и других научных центров обнаружили редчайшие следы «протоземли» — планеты, существовавшей до катастрофического столкновения, которое сформировало современную Землю.
Ученые Массачусетского технологического института обнаружили химические следы первоначальной «прото-Земли», оставшихся до катаклизма, в результате которого образовалась наша современная планета. Pixabay
Калий существует в трех природных изотопах с массовыми числами 39, 40 и 41. На Земле калий-39 и калий-41 составляют подавляющее большинство, а калий-40 присутствует в ничтожных количествах. Изотопы — это разновидности одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Анализируя соотношение изотопов калия в метеоритах, ученые обнаружили, что разные метеориты имеют различные изотопные подписи. Это позволило использовать калий как индикатор для отслеживания строительных блоков, из которых формировалась Земля.
Столкновение протоземли и Тейи, которое и сформировала современную Землю.
Но команда MIT обнаружила уникальную химическую подпись в древнейших породах из Гренландии и Канады и в гавайской лаве, поднятой из глубин мантии. Ученые выявили аномалию в соотношении изотопов калия — необычно низкое содержание калия-40 по сравнению с современными земными материалами.
В обычных земных материалах калий-40 и так присутствует в ничтожно малых количествах по сравнению с калием-39 и калием-41. Но в найденных древних образцах калия-40 еще меньше, чем в современных породах.
Ученые приводят такое сравнение: представьте, что калий-40 — это редкие коричневые песчинки в ведре желтого песка. В обычной земной породе таких коричневых песчинок уже очень мало (скажем, горсть на ведро). А в протоземных образцах их еще меньше — всего одна-две песчинки. Результаты опубликованы в журнале Nature Geosciences.
В поисках протоземли
«Это, возможно, первое прямое доказательство того, что мы сохранили материалы протоземли», — говорит Николь Ни. На иллюстрации художника изображена скалистая протоземля, бурлящая лавой.
Исследователи провели компьютерное моделирование, воссоздав процессы, которые претерпела Земля за миллиарды лет: гигантское столкновение, последующие удары метеоритов, нагрев и перемешивание мантии. Симуляции показали, что образцы с дефицитом калия-40 могли сохраниться только как остатки первичного материала протоземли. В процессе эволюции нашей планеты породы более богатые калием-40 были занесены из космоса.
«Это, возможно, первое прямое доказательство того, что материалы протоземли все-таки сохранились», — говорит Николь Ни, ведущий автор исследования. — «В образцах, собранных в Гренландии, Канаде и в гавайской лаве, мы видим фрагмент очень древней Земли до гигантского столкновения. Это удивительно, потому что мы ожидали, что эта ранняя подпись постепенно стерлась в ходе эволюции Земли, и мы ее никогда не увидим».
Химический состав найденных образцов не совпадает точно ни с одним метеоритом из существующих коллекций. Это означает, что материалы, из которых первоначально сформировалась протоземля, еще предстоит обнаружить, но первый шаг сделан.