Вчені виявили, що масивна аномалія глибоко в надрах Землі може бути наслідком зіткнення, яке сталося близько 4,5 млрд років тому і в результаті якого утворився Місяць. Нове дослідження, яке провела міжнародна команда науковців, пропонує нові важливі знання не лише про внутрішню будову Землі, але й про її довготривалу еволюцію та формування внутрішньої Сонячної системи. Дослідження спирається на методи обчислювальної гідродинаміки.
Утворення Місяця було загадкою для кількох поколінь вчених. Домінуюча теорія припускає, що на пізніх стадіях росту Землі приблизно 4,5 млрд років тому первісна Земля зіштовхнулася з протопланетою розміром з Марс, яку називають Тея. Вважається, що внаслідок цього зіткнення з уламків утворився Місяць.
Чисельне моделювання показало, що Місяць, ймовірно, успадкував матеріал переважно від Теї, тоді як Земля була лише трохи забруднена цим матеріалом. Оскільки це були незалежні об’єкти з різних матеріалів, теорія припускала, що Місяць і Земля повинні були мати різний склад. Однак пізніше високоточні ізотопні вимірювання показали, що склад Землі та Місяця напрочуд схожий.
Для вдосконалення теорії формування Місяця вчені почали проводити нове дослідження. Китайські науковці зосередилися на розробці нового методу обчислювальної гідродинаміки під назвою Meshless Finite Mass (MFM), який дозволяє точно моделювати турбулентність і змішування матеріалів. Цей підхід разом з численними симуляціями зіткнення виявив, що після зіткнення рання Земля зазнала розшарування мантії, причому верхня і нижня мантія мали різний склад і стан. Зокрема, верхня мантія являла собою магматичний океан, створений шляхом змішування матеріалу Землі та Теї, а нижня частина мантії залишалася переважно твердою і зберігала склад Землі.
Вчені зрозуміли, що ця стратифікація могла зберегтися до наших днів. Зокрема, у всій нижній мантії Землі все ще може домінувати доімпактний матеріал Землі, який має інший елементний склад (включаючи вищий вміст кремнію). Прикладом неоднорідності мантії Землі є два аномальні регіони – Великі області з низькою швидкістю зсуву, які простягаються на тисячі кілометрів в основі мантії. Одна з них розташована під Африканською тектонічною плитою, а інша – під Тихоокеанською тектонічною плитою.
Їхнє походження досі залишається загадкою. Вчені припустили, що ці аномалії могли утворитися з невеликої кількості матеріалу Теї, який потрапив у нижній шар мантії Землі. І глибокий аналіз підтвердив, що значна кількість тейського мантійного матеріалу, приблизно 2% від маси Землі, дійсно потрапила в нижню частину мантію Землі.
Дослідницька група підрахувала, що цей матеріал, подібний до місячних порід, збагачений залізом, що робить його щільнішим, тому він швидко опустився в низ мантії та утворив дві області з низькою швидкістю зсуву.
За словами науковців, завдяки точному аналізу широкого спектра зразків гірських порід у поєднанні з досконалішими моделями гігантських зіткнень і моделями еволюції Землі, можна зробити висновок про матеріальний склад і орбітальну динаміку первісної Землі та Теї. “Це дослідження навіть дає натхнення для розуміння формування і придатності до життя екзопланет за межами нашої Сонячної системи”, – додають дослідники.
Читайте також: