Науковці стверджують, що знайшли залишки протопланети Тейя у структурах мантії Землі

Це відкриття дає відповідь на давно обговорюване питання про походження цих структур у мантії Землі і може мати значення для розуміння подібних явищ на інших планетах.

Дивіться також Фізики відкрили дивовижну здатність світла випаровувати воду – для цього не потрібне тепло

Існування ділянок у нижній мантії Землі з низькою швидкістю зсуву призвело до появи кількох гіпотез щодо їхнього походження.

Одні вчені вважають, що ці області є залишками диференціації речовини ранньої Землі, інші пов'язують їх з глобальною тектонікою, припускаючи, що вони є скупченнями занурених океанічних плит.

Третя гіпотеза припускає, що ці області є залишками протопланети Тейя, яка зіткнулася з Землею незабаром після її утворення близько 4,5 мільярдів років тому. Ця теорія узгоджується з геохімічною подібністю між океанічними острівними базальтами та місячними морськими базальтами. Однак вона вимагає дотримання певних фізичних і хімічних умов.

Що виявили науковці

Сейсмотомографічні дослідження виявили наявність протяжних структур у нижній мантії Землі, відомих як великі провінції з низькими швидкостями зсуву. Ці структури, які можуть мати тисячі кілометрів у довжину і до тисячі кілометрів по вертикалі, характеризуються повільнішим поширенням поперечних сейсмічних хвиль порівняно з навколишньою мантією.

Хоча спочатку вважалося, що LLSVP пов'язані з підняттям нагрітого мантійного матеріалу, подальші дослідження показали, що вони мають чіткі межі і підвищену щільність, що призвело до питань про їхнє походження і хімічний склад.

Велика симуляція

Щоб перевірити гіпотезу про те, що залишки Тейї в нижній мантії Землі можуть пояснити існування LLSVP, команда під керівництвом Цянь Юаня з Університету штату Арізона провела чисельне моделювання наслідків зіткнення.

Ці симуляції використовували уточнені рівняння стану і включали експериментальні обмеження на властивості форстериту, мінералу, що міститься в ультраосновних магматичних породах. Моделі вважали, що рання Земля становила 90% від її сучасної маси, а Тейя – 12% від цієї маси, з припущенням, що кут зіткнення становив близько 45 градусів.

Результати моделювання показали, що приблизно через 20 годин після зіткнення мантія Землі розвинула двошарову структуру з межею на глибині 1300-1400 кілометрів відносно сучасного радіуса Землі. У верхньому шарі переважали розплав і гази, тоді як нижній шар складався переважно з твердого матеріалу. Залишки мантії Тейї, що складали близько 0,01 маси Землі, накопичувалися в нижньому шарі і утворювали щільно скупчені структури високої щільності. Згустки розплавленого матеріалу мантії Тейї у верхньому шарі також застигали і відносно швидко занурювалися.

Моделі також враховували варіації густини мантії Тейї, засновані на різних концентраціях оксиду заліза (II) (FeO) в діапазоні від 13 до 17 відсотків. У всіх випадках, за винятком мінімальних значень густини і розмірів, ці розплавлені фрагменти утворювали витягнуті кластери, подібні до LLSVP, внаслідок повільної мантійної конвекції. Розраховані швидкості зсувних сейсмічних хвиль у цих модельних утвореннях узгоджуються зі спостережними даними, показуючи зменшення від 1 до 5 відсотків порівняно з навколишньою мантією.

Розрахункова маса залишків Тейї в LLSVP-подібних регіонах становила від 1,4 до 2,6 відсотка маси Землі. Хоча дослідження припускає, що сучасні LLSVP можуть бути комбінацією цих реліквій і фрагментів зануреної океанічної кори, воно також вказує на те, що матеріал Тейї не повністю змішався з іншими компонентами. Ізотопні аномалії, знайдені в базальтах океанічних островів, що походять з нижньої мантії, підтверджують це твердження.

Дивіться також NASA показало зображення вражаючої туманності, яку в мережі вже прозвали "Рукою Бога"

Дослідники також припускають, що подібні структури можуть існувати в мантіях інших планет, оскільки великомасштабні зіткнення були поширеним явищем у молодій Сонячній системі.

Результати дослідження роблять значний внесок у наше розуміння геологічної історії Землі і можуть мати ширші наслідки для планетарної науки. Подальші дослідження та розвідки необхідні для підтвердження та розширення цих захоплюючих відкриттів.