«Протопланета», создавшая Луну, может скрываться глубоко внутри Земли

Остатки протопланеты, которая врезалась в Землю и создала Луну, возможно, все еще скрываются глубоко в мантии нашей планеты. Новое исследование  было опубликовано в журнале Nature.

Новое исследование предполагает, что этот объект, который ударился о только что сформировавшуюся Землю 4,5 миллиарда лет назад, все еще существует в мантии Земли в виде двух загадочных «сгустков», которые долгое время озадачивали геологов. Эти капли, известные как крупные провинции с низкой скоростью сдвига (LLVP), представляют собой места, где сейсмические волны движутся медленнее, чем остальная часть мантии, что позволяет предположить наличие разницы в температуре, составе или и том, и другом. Вместе сгустки составляют около 4% мантии. Один находится под Африкой, а другой — под Тихим океаном. 

Удар, образующий Луну, «вероятно, станет вполне возможным объяснением происхождения этих двух сгустков», рассказал первый автор исследования Цянь Юань из Калифорнийского технологического института.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Climate Change, Юань сотрудничал с учеными-планетологами, чтобы смоделировать удар, образовавший Луну, его влияние на мантию и то, как остатки ударившегося тела циркулировали бы в мантии в течение следующих 4,5 миллиардов лет. Они впервые обнаружили, что столкновение Земли с телом размером с Марс (принятый размер ударника) расплавило бы не всю мантию, а только верхнюю половину. 

«Этот твердый нижний слой захватит более 10% мантии ударника», — сказал Юань. «Этот кусок ударника по массе и объёму очень сравним с двумя мантийными сгустками, которые мы сейчас видим на Земле». 

Моделирование мантийной циркуляции показало, что ударник мог постепенно встроиться в мантию Земли. Согласно модели, поскольку он будет примерно на 2,5% плотнее мантии, он опустится и затвердеет, в конечном итоге стабилизируясь в нижней части мантии, но не включившись в ядро Земли. Это также соответствует тому, что мы видим сегодня в мантийных сгустках, которые находятся на глубине более 2000 километров и примерно на 3% плотнее, чем их окружение. 

«Поскольку он имеет более высокую плотность, это позволит ему оставаться над границей ядра и мантии Земли в течение 4,5 миллиардов лет», — сказал Юань. 

Другое недавнее исследование также указало на возможность того, что гигантские удары могут объяснить LLVP, хотя это исследование не касалось конкретно воздействия, образующего луну. Исследование, опубликованное в октябре в журнале PNAS, также смоделировало мантийную циркуляцию и обнаружило, что драгоценные металлы, принесенные на Землю в результате давних ударов, могут оставаться в LLVP и сегодня. Возможно, что LLVP содержат материал от многочисленных столкновений, произошедших в начале истории Земли, пишут Юань и его коллеги в своем новом исследовании. 

По словам Юаня, мантийные сгустки важны, потому что их границы коррелируют с мантийными плюмами, где магма более горячая, чем в окружающих регионах. Мантийные плюмы, в свою очередь, коррелируют с горячими точками вулканизма, включая извержения, несущие алмазы, называемые кимберлитами.

Вулканическая активность дает единственное представление о геохимии мантийных сгустков, поскольку вулканические породы, называемые базальтами, которые извергаются над этими областями, могут содержать следы магмы из сгустков, сказал Юань. 

Большая часть ударного элемента, образующего луну, сформировала саму Луну, поэтому сравнение этих камней с лунными камнями может показать, произошли ли они из одного и того же источника. Но для этого исследователям понадобятся образцы из глубин недр Луны — что может быть возможно с помощью запланированной миссии «Артемида» с экипажем на Луну. 

«Будущие миссии на Луну смогут проверить нашу гипотезу», — сказал Юань.