Около 4.5 миллиардов лет назад наша планета кипела в виде раскаленного шара из лавы, сформировавшегося из пыли и газа в юной Солнечной системе. Существующие представления указывают, что современный облик Земля обрела после мощного удара с протопланетой Тейя, по размерам близкой к Марсу и, вероятно, составом напоминавшей углеродистые хондриты. Эта катастрофа расплавила недра ранней Земли, кардинально изменив ее химию; из выброшенного вещества, как полагают ученые, и сформировалась Луна.
Поиск следов Тейи в недрах планеты
Для проверки гипотезы о сохранении в земной мантии следов Тейи, команда геологов под руководством Да Вана из Чэндуского технологического университета (Китай) и Николь Ни из Массачусетского технологического института (США) провела анализ образцов базальтов (мафических пород). Исследованы были образцы из древнейших областей земной коры и активных вулканических зон.
Геологический детектив: образцы из разных эпох
Ученые использовали уже собранные коллекции горных пород. Для анализа отобрали материалы из ключевых древних кристаллических формаций: пояса Исуа (Гренландия), зеленокаменного пояса Нуввуагиттук (Канада) и кратона Каапвааль (Южная Африка). Эти породы представляли разные глубины и геологические эпохи в истории мантии.
Для полноты картины в исследование включили и современные базальты с острова Реюньон (Индийский океан) и гавайского подводного вулкана Камаэхуаканалоа. Магма в этих местах поднимается из самых глубин мантии, предоставляя уникальное "окно" в далекое прошлое Земли.
Тонкая работа с изотопами калия
Ключевым методом стала высокоточная масс-спектрометрия с термической ионизацией (TIMS), позволившая измерить соотношение изотопов калия: преобладающего ³⁹К, наименее встречающегося ⁴⁰К и относительно редкого ⁴¹К. Будучи камнеобразующим (литофильным) элементом, калий несет в своем изотопном составе информацию о формировании и эволюции коры и мантии. Требовалась исключительная точность до долей миллионной — различия между современным материалом Земли и реликтами прото-Земли крайне малы.
Неожиданный дефицит как ключ к прошлому
Анализ выявил небольшой, но устойчивый недостаток изотопа ⁴⁰К в некоторых базальтах Исуа, Нуввуагиттук, а также в пробах с Реюньона и Гавайев. Эта отрицательная аномалия указывает на присутствие в мантии глубинного резервуара вещества, возникшего *до* грандиозного столкновения с Тейей и сохранившегося до сих пор.
Моделирование подтверждает внеземное происхождение
Да Ван и Николь Ни сопоставили полученные изотопные соотношения с моделями смешивания земной и метеоритной материи. Результаты удивительны: современный состав мантии можно объяснить, если предположить, что до удара с Тейей на прото-Земле был дефицит ⁴⁰К около –0,65 млн-1. Затем добавилось 9-12% метеоритного материала, обогащенного этим изотопом. Это означает, что примерно четверть калия в земной мантии имеет инопланетное происхождение!
Окно в прошлое Земли
Работа, опубликованная в авторитетном журнале Nature Geoscience, доказала существование в недрах нашей планеты сохранившихся участков первичной мантии прото-Земли. Удивительно, что эти древнейшие фрагменты по сей день поднимаются к поверхности в ходе вулканической активности на Реюньоне и Гавайях.
«Эти уникальные области предоставляют нам потрясающую возможность как бы "рассмотреть" сохранившиеся осколки нашей древнейшей планеты», — заключила Николь Ни.
Источник: naked-science.ru
