Геолог нашел следы двух протопланетных тел в породах мантии Земли

Американский геолог обнаружил в исландских вулканических породах химические следы первичной материи Земли и Тейи, прародительницы Луны, что указывает на существование крупных залежей таких пород в глубинных слоях мантии нашей планеты, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

На сегодняшний день считается, что мантия Земли сформировалась в своем современном виде примерно 4,5 миллиарда лет назад, после столкновения с Тейей, протопланетным телом размером с Марс. При ударе Тейя была уничтожена, часть ее материи смешалась с земной мантией, а другая часть была выброшена вместе с верхними слоями литосферы Земли в космос и превратилась в Луну.

Химическая подпись

Американский геолог Суджой Мукхопадхьяи (Sujoy Mukhopadhyay) из Гарвардского университета анализировал изотопный состав образцов вулканического стекла, найденных внутри отложений мантийного базальта на территории острова Исландия.

В своей работе Мукхопадхьяи вычислил долю редких изотопов благородных газов - гелия-3, неона-22 и аргона-36 в образцах базальтового стекла и сравнил их с аналогичными показателями для других образцов базальта, извлеченных с морского дна.

Как отмечает геолог, концентрация и доля данных газов в образцах горных пород является своего рода физико-химическим паспортом, по которому можно определить возраст и происхождение минерала.

Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, благородные газы химически инертны, не образуют соединений вне лабораторных условий и поэтому не могут попасть внутрь пород из атмосферы. Во-вторых, данные изотопы образуются при распаде лишь некоторых радиоактивных элементов, которые были широко распространены во время «детства» Солнечной системы и не встречаются сегодня.

Исследователь обнаружил, что доля неона-22 в фрагментах вулканического стекла была заметно выше, чем в других образцах базальта с морского дна. Аналогичная зависимость прослеживалась и для других благородных газов - гелия-3 и аргона-36. Следовательно, исходные породы, из которых сформировался исландский базальт и вулканическое стекло, заметно отличались по своему изотопному и химическому составу от обычных, земных, базальтов и предшествующих им пород.

Планетарная минераломешалка

Обнаружив столь серьезное различие в изотопном составе, автор статьи попытался найти источник мантийных пород, не похожих по своим характеристикам на земные.

Для этого Мукхопадхьяи сравнил соотношение двух стабильных изотопов ксенона - относительно редкого ксенона-129 (Xe-129) и более распространенного ксенона-130. Первый изотоп образуется при распаде не существующего в современной Солнечной системе йода-129 (I-129), атомы которого были относительно распространены в Солнечной системе в момент ее рождения и постепенно исчезли из-за короткого периода полураспада - 15,7 миллиона лет.

По расчетам геолога, полученная пропорция I-129 и Xe-129 могла возникнуть только в том случае, если базальт сформировался 4,45 миллиарда лет назад или позже и после этого не перемешивался с другими слоями мантии. Само протопланетное тело, судя по соотношению изотопов гелия-3 и гелия-4, должно было возникнуть примерно через 100 миллионов лет после рождения Солнечной системы.

Это означает, что первичные породы Земли и прародительницы Луны не полностью перемешались при столкновении протопланетных тел и сохранились в виде отдельных «комков» с уникальным химическим составом. По всей видимости, крупные залежи первичных пород существуют в глубине мантии нашей планеты.

По словам геолога, неоднородность «сплава» Земли и Тейи позволяет объяснить аномалии в химическом составе пород Луны, обнаруженные в последнее десятилетие. С другой стороны, такие артефакты не должны существовать в принципе по современным теориям циркуляции мантии, что указывает на необходимость их пересмотра, заключает автор статьи.