Ученые утверждают, что нашли остатки протопланеты Тейя в структурах мантии Земли

Это открытие дает ответ на давно обсуждаемый вопрос о происхождении этих структур в мантии Земли и может иметь значение для понимания подобных явлений на других планетах.

Смотрите также Физики открыли удивительную способность света испарять воду – для этого не нужно тепло

Существование участков в нижней мантии Земли с низкой скоростью оползня привело к появлению нескольких гипотез относительно их происхождения.

Одни ученые считают, что эти области являются остатками дифференциации вещества ранней Земли, другие связывают их с глобальной тектоникой, предполагая, что они скопления погруженных океанических плит.

Третья гипотеза предполагает, что эти области есть остатками протопланеты Тейя, которая столкнулась с Землей вскоре после ее образования близко 4,5 миллиарда лет назад. Эта теория согласуется с геохимическим сходством между океаническими островными базальтами и лунными морскими базальтами. Однако она требует соблюдения определенных физических и химических условий.

Что обнаружили ученые

Сейсмотомографические исследования выявили наличие протяженных структур в нижней мантии Земли, известных как обширные провинции с низкими скоростями сдвига. Эти структуры, которые могут иметь тысячи километров в длину и до тысячи километров по вертикали, характеризуются более медленным распространением поперечных сейсмических волн по сравнению с окружающей мантией.

Хотя первоначально считалось, что LLSVP связано с поднятием нагретого мантийного материала, дальнейшие исследования показали, что они имеют четкие границы и повышенную плотность, что привело к вопросам их происхождения и химическому составу.

Большая симуляция

Чтобы проверить гипотезу о том, что остатки Тейи в нижней мантии Земли могут объяснить существование LLSVP, команда под руководством Цянь Юаня из Университета Аризона провела численное моделирование последствий столкновения.

Эти симуляции использовали уточненные уравнения состояния и включали экспериментальные ограничения на свойства форстерита, минерала, содержащегося в ультраосновных магматических породах. Модели считали, что ранняя Земля составляла 90% ее современной массы, а Тейя – 12% от этой массы, с предположением, что угол столкновения составлял около 45 градусов.

Результаты моделирования показали, что примерно через 20 часов после столкновения мантия Земли развила двухслойную структуру с пределом на глубине 1300-1400 километров относительно современного радиуса Земли. В верхнем слое преобладали расплав и газы, в то время как нижний слой состоял преимущественно из твердого материала. Остатки мантии Тейи, составлявшие около 0,01 массы Земли, скапливались в нижнем слое и образовывали плотно скученные структуры высокой плотности. Сгустки расплавленного материала мантии Тейи в верхнем слое застывали и относительно быстро погружались.

Модели также учитывали вариации густоты мантии Тейи, основанные на различных концентрациях оксида железа (II) (FeO) в диапазоне от 13 до 17 процентов. Во всех случаях, за исключением минимальных значений плотности и размеров, эти расплавленные фрагменты образовывали извлеченные кластеры, подобные LLSVP вследствие медленной мантийной конвекции. Рассчитанные скорости сдвиговых сейсмических волн в этих модельных образованиях согласуются с наблюдаемыми данными, показывая уменьшение от 1 до 5 процентов по сравнению с окружающей мантией.

Расчетная масса остатков Тейи в LLSVP-подобных регионах составляла от 1,4 до 2,6 процента масс Земли. Хотя исследование предполагает, что современные LLSVP могут быть комбинацией этих реликвий и фрагментов погруженной океанической коры, оно также указывает на то, что Тейи материал не полностью смешался с другими компонентами. Изотопные аномалии, найденные в базальтах океанических островов, происходящие из нижней мантии, подтверждают это утверждение.

Смотрите также NASA показало изображение поразительной туманности, которую в сети уже прозвали "Рукой Бога"

Исследователи также предполагают, что подобные структуры могут существовать в мантиях других планет, поскольку крупномасштабные столкновения являлись распространенным явлением в молодой Солнечной системе.

Результаты исследования вносят значительный вклад в наше понимание геологической истории Земли и могут иметь более широкие последствия для планетарной науки. Последующие исследования и разведки необходимы для подтверждения и расширения этих увлекательных открытий.