Duże prowincje o niskiej prędkości (LLVP) w głębokim płaszczu Ziemi mogą być pozostałościami materiału płaszcza Theyan. Źródło: Hongping Ding i Hangzhou Field Studio
Badania przeprowadzone przez Kalifornijski Instytut Technologii sugerują, że dwie masywne, bogate w żelazo struktury głęboko w płaszczu Ziemi to pozostałości Thei, starożytnej planety, która zderzyła się z Ziemią, tworząc również Księżyc. To odkrycie odpowiada na zadawane od dawna pytania dotyczące pochodzenia Księżyca i losów Thei.
W latach 80. geofizycy dokonali zaskakującego odkrycia: głęboko w centrum Ziemi odkryto dwie plamy wielkości kontynentu wykonane z niezwykłych materiałów, jedną pod kontynentem afrykańskim, a drugą pod Oceanem Spokojnym. Każda kropka jest około dwa razy większa od Księżyca i prawdopodobnie składa się z pierwiastków w innych proporcjach w porównaniu do otaczającego ją płaszcza.
Duże aktywa hrabstwa o niskiej prędkości
Skąd wzięły się te dziwne plamy – oficjalnie znane jako duże prowincje małej prędkości (LLVP) –? Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z California Institute of Technology sugerują, że są to pozostałości starożytnej planety, która miliardy lat temu gwałtownie zderzyła się z Ziemią w tym samym gigantycznym uderzeniu, które doprowadziło do powstania naszego Księżyca.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Natura 1 listopada proponuje także odpowiedź na inną zagadkę planetologii. Naukowcy od dawna zakładali, że Księżyc powstał w wyniku gigantycznego zderzenia Ziemi z mniejszą planetą zwaną Theą, jednak nie znaleziono żadnych śladów Thei w pasie asteroid ani w meteorytach. Nowe badanie sugeruje, że większość Thei została wchłonięta przez młodą Ziemię, tworząc LLVP, podczas gdy pozostałości powstałe po zderzeniu zostały wchłonięte przez Księżyc.
Wizualizacja Ziemi z dużymi „plamkami” gęstej materii w pobliżu jądra Ziemi. Punkty te odkryto w latach 80. XX wieku. Teraz badacze sugerują, że w rzeczywistości są to pozostałości starożytnej planety Theia, która zderzyła się z Ziemią, tworząc Księżyc. Źródło: Edward Garnero
Metodologia i wyniki badań
Badaniami kierował Qian Yuan, pracownik naukowy podoktorski Oakey Earle w laboratoriach Paula Asimo (MS ’93, PhD ’97), profesora geologii i geochemii Eleanor i Johna R. MacMillanów; oraz Michael Jorness, profesor geofizyki Johna E. i Hazel S. Smits oraz przewodniczący kierownictwa Clarence R. Allen, dyrektor laboratorium sejsmicznego Caltech i dyrektor Akademii Inżynierii Oprogramowania Schmidta w Caltech.
Naukowcy po raz pierwszy odkryli LLVP, mierząc fale sejsmiczne przemieszczające się przez Ziemię. Fale sejsmiczne przemieszczają się z różną prędkością przez różne materiały, a w latach 80. XX wieku pojawiły się pierwsze wskazówki dotyczące wielkoskalowych trójwymiarowych zmian głęboko w strukturze Ziemi. W głębszym płaszczu układ fal sejsmicznych jest zdominowany przez sygnatury dwóch dużych struktur w pobliżu jądra Ziemi, które według badaczy zawierają niezwykle wysoki poziom żelaza. Ta wysoka zawartość żelaza oznacza, że obszary te są gęstsze niż ich otoczenie, co powoduje spowolnienie przepływających przez nie fal sejsmicznych, co prowadzi do nazwy „duże prowincje o niskiej prędkości”.
Yuan, z wykształcenia geofizyk, uczestniczył w sympozjum na temat powstawania planet prowadzonym przez Michaiła Zołotowa, profesora na Uniwersytecie Stanowym w Arizonie, w 2019 r. Zołotow przedstawił hipotezę gigantycznego uderzenia, natomiast Qian zwrócił uwagę, że Księżyc jest stosunkowo bogaty w żelazo. Zołotow dodał, że nie natrafiono na żaden ślad pojazdu, który na pewno zderzył się z ziemią.
„Zaraz po tym, jak Michael powiedział, że nikt nie wie, gdzie obecnie znajduje się obiekt uderzenia, przeżyłem „moment eureki” i zdałem sobie sprawę, że obiekt uderzenia bogaty w żelazo mógł zostać przekształcony w plamy płaszcza” – mówi Yuan.
Szczegółowa symulacja uderzenia Thei w Ziemię. Chociaż uderzenie było gwałtowne, nie było na tyle silne, aby stopić dolny płaszcz Ziemi, co oznacza, że pozostałości Thei mogły zostać zachowane, a nie jednorodnie zmieszane z materią Ziemi. Źródło: Hong Bing Ding
Yuan współpracował z interdyscyplinarnymi współpracownikami, aby modelować różne scenariusze składu chemicznego Thei i jej wpływu na Ziemię. Symulacje potwierdziły, że fizyka zderzenia może prowadzić do powstania zarówno LLVP, jak i Księżyca. Jest możliwe, że część płaszcza Thei została włączona do płaszcza Ziemi, gdzie ostatecznie połączyła się i skrystalizowała, tworząc dwie odrębne plamy, które można dziś wykryć na granicy płaszcz-jądro; Inne pozostałości po zderzeniu zmieszały się, tworząc Księżyc.
Implikacje i przyszłe badania
Biorąc pod uwagę to gwałtowne uderzenie, dlaczego materia Thei zebrała się w dwóch odrębnych miejscach, zamiast zmieszać się z resztą tworzącej się planety? Symulacje badaczy wykazały, że znaczna część energii pochodzącej z uderzenia Thei pozostała w górnej połowie płaszcza, przez co dolny płaszcz Ziemi był chłodniejszy, niż szacowano w poprzednich modelach uderzenia o niskiej rozdzielczości. Ponieważ dolny płaszcz nie stopił się całkowicie w wyniku uderzenia, plamy bogatego w żelazo materiału z Thei pozostały w dużej mierze nienaruszone, gdy przesiały się do podstawy płaszcza, niczym kolorowe grudki parafiny w zgaszonej lampie lawowej. Gdyby dolny płaszcz był cieplejszy (to znaczy otrzymał więcej energii w wyniku zderzenia), lepiej zmieszałby się z materiałami bogatymi w żelazo, takimi jak kolory w garnku z farbą.
Kolejnym krokiem będzie zbadanie, jak wczesna obecność heterogenicznego materiału Theia w głębi Ziemi wpłynęła na wewnętrzne procesy zachodzące na naszej planecie, takie jak tektonika płyt.
„Logiczną konsekwencją poglądu, że LLVP są pozostałością Thei, jest to, że są bardzo starożytne” – mówi Asimov. „Zatem sensowne jest zbadanie, jakie miały one konsekwencje dla wczesnej ewolucji Ziemi, takie jak początek subdukcji, zanim warunki stały się odpowiednie dla współczesnej tektoniki płyt, powstanie pierwszych kontynentów i pochodzenie najstarszych płyt tektonicznych. minerałów Ziemi.”
Nowe badania odpowiadają na dwie od dawna zagadki planetologii: czym są gigantyczne, tajemnicze „plamy” materiału w pobliżu jądra Ziemi i co stało się z planetą, która zderzyła się z Ziemią, tworząc Księżyc? Nowe badanie przeprowadzone przez Kalifornijski Instytut Technologii sugeruje, że pozostałości tej starożytnej planety nadal istnieją na Ziemi, co wyjaśnia pochodzenie „plamek” w pobliżu granicy jądra i płaszcza.
Odniesienie: „Kolizja tworząca Księżyc jako źródło anomalii podstawowego płaszcza Ziemi” autorstwa Qian Yuan, Mingming Li i Stephen J. Desch, Byung-Kwan Koo, Hongpeng Deng i Edward J. Garnero, Travis S.J. Gabriel i Jacob A. , Vincenta Ecke i Paula D. Asimov, 32 października 2023 r., Natura.
doi: 10.1038/s41586-023-06589-1
Qian Yuan jest pierwszym autorem. Oprócz Yuana i Asimo dodatkowym współautorem w Caltech jest Yoshinori Miyazaki, badacz ze stopniem doktora w Stanback zajmujący się porównawczą ewolucją planet. Dodatkowymi współautorami są Mingming Li, Stephen Desch i Edward Garnero (doktorat ’94) z Arizona State University (ASU); Byungkwan Ko z Arizona State University i Michigan State University; Hongping Ding z Chińskiej Akademii Nauk; Travis Gabriel z USGS; Jakub Kegeris NASACentrum Badawcze Amesa; i Vincent Ecke z Uniwersytetu w Durham. Finansowanie zapewniła National Science Foundation, stypendium podoktorskie Aoki Earle w Caltech, USGS, NASA i Caltech Center for Comparative Planetary Evolution.
„Nieuleczalny student. Społeczny mediaholik. Niezależny czytelnik. Myśliciel. Alkoholowy ninja”.
More Stories
Kiedy astronauci wystartują?
Podróż miliardera w kosmos jest „ryzykowna”
Identyczne ślady dinozaurów odkryto na dwóch kontynentach