Богатая серой магма Меркурия может изменить историю его формирования 

Фото из открытых источников

Новые исследования Университета Райса показывают, что сера поддерживает температуру расплавленного ядра Меркурия на более низком уровне, что дает новые подсказки о том, как эволюционировали странная кора и мантия планеты. Результаты опубликованы в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta.

«Поверхность Меркурия выглядит совершенно иначе, чем поверхность Земли», — сказал профессор Радждип Дасгупта, директор Центра изучения происхождения и обитаемости планет при Космическом институте Райса. «Мы не могли изучать его магматическую эволюцию, используя предположения, основанные на нашем понимании Земли, а данные миссий сложно интерпретировать. Нам нужно было найти способы приблизить планету к нашей лаборатории — в частности, с помощью метеорита Индарх».

Индарх, метеорит, упавший в Азербайджане в 1891 году, по своему химическому составу очень похож на Меркурий.

Исследователи поняли, что могут использовать проект Indarch для изучения того, как уникальный химический состав Меркурия сформировал планету, и поделились результатами своих исследований в недавней публикации.

«Индарх в химическом отношении так же восстановлен, как горные породы на Меркурии», — сказал Ишен Чжан из Университета Райса. «Считается, что это возможный строительный блок планеты».

Ученые использовали модельный состав расплава Индарха для того, чтобы самостоятельно подвергнуть свои ртутные породы термической обработке в установке с высоким давлением и температурой.

Процесс был довольно прост: смешать химические ингредиенты Индарха в небольшом стеклянном флаконе, изменить настройки установки в соответствии с условиями на Меркурии, добавить химикаты и приготовить.

«Этот процесс обработки породы позволяет нам увидеть, какие химические процессы происходили внутри Меркурия», — сказал Чжан. «Используя данные о температуре, давлении и химическом составе, полученные в результате наблюдений и моделирования с помощью космических аппаратов, мы воссоздаем условия, подобные меркурийским, чтобы понять, как там формируются и развиваются магмы — даже без прямых образцов с планеты».

Авторы исследования обнаружили, что сера снижает температуру, при которой эти восстановленные расплавленные породы начинают кристаллизоваться.

Это означает, что богатые серой магмы на Меркурии могут оставаться расплавленными при более низких температурах, чем аналогичные магмы на Земле.

Причиной столь значительного снижения температуры кристаллизации является уникальный химический состав ртути: низкое содержание железа, высокое содержание серы и химически восстановленное состояние.

Сера — элемент, склонный к неразборчивому связыванию: она предпочитает соединяться с другими элементами, обычно с железом.

На богатых железом планетах, таких как Марс и Земля, большая часть серы связана с железом. Однако низкое содержание железа на Меркурии означало, что его сера искала новых партнеров для связывания.

В частности, он может связываться с основными породообразующими элементами, такими как магний и кальций.

На Земле эти породообразующие элементы обычно связываются с кислородом, образуя стабильную структуру, называемую силикатной сеткой, состоящую из кремния, кислорода и породообразующих элементов.

Однако когда сера замещает кислород, эта структура ослабевает и кристаллизуется при более низкой температуре.

«Поскольку Индарх может представлять собой состояние протопланеты Меркурия, эти эксперименты показывают, что Меркурий, вероятно, образовался с серой, занимающей структурное положение, которое на Земле принадлежит кислороду. Это коренным образом меняет способ затвердевания мантии планеты», — сказал Чжан.

«Это захватывающий взгляд на то, как Меркурий, возможно, эволюционировал как планета до своего уникального современного химического состава поверхности», — сказал профессор Дасгупта. «Что еще более важно, это дает нам возможность рассматривать планеты не с точки зрения того, как образовалась Земля, а с точки зрения их уникального химического состава и магматических процессов в совершенно разных условиях. То, как вода или углерод влияют на магматическую эволюцию Земли, сера оказывает на Меркурий».