100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Согласно новой теории, в мантии Земли остались частицы протопланеты

Согласно новой теории, в мантии Земли остались частицы протопланеты

Согласно новой теории, в мантии Земли остались частицы протопланеты

Новости

После многолетнего изучения мантии Земли американские ученые из Университета штата Аризона выдвинули новую теорию о том, что в ее составе имеются остатки протопланеты под названием Тейя. До нынешнего времени их называли крупными областями с низкой скоростью сдвига (LLSVP). А причиной образования данных областей стало столкновение Тейи и Земли несколько миллиардов лет назад. Ученые уже представили данную теорию на конференции по изучению Луны.

Согласно модели ударного формирования Луны, спутник образовался 4,6 млрд лет назад в результате столкновения нашей планеты с небесным телом, которому было присвоено имя Тейа. Планета ударилась о Землю под углом – прошла практически по касательной. Поэтому большое количество ее вещества, а также земной мантии оказались на околоземной орбите. Так появилась прото-Луна.

Строение Земли

Строение Земли

Данная теория считается основной в наше время, а выдвинута она была коллективом ученых на Гавайской конференции по планетологии в 1984 г. Ударная модель имеет свои плюсы и минусы. В ее пользу говорят результаты исследования мантии Луны. Так, она состоит преимущественно из каменных пород, а также равна 80% общего диаметра, что нехарактерно для подобных тел.

В научной космической среде все еще ведутся споры относительно того, что произошло с Тейей после столкновения. Согласно новой версии, большая часть мантии протопланеты оказалась в земной мантии. Так образовались крупные области с низкой скоростью сдвига. Они находятся в нижней части мантии, которая прилегает к внешнему ядру.

Данные провинции были обнаружены при помощи сейсмической топографии. Для них характерны медленные скорости сдвиговых волн. Ученые выделяют две области LLSVP: тихоокеанскую и африканскую. Вертикально, вглубь мантии, они распространяются на тысячи километров. Размер провинций в поперечном направлении также составляет несколько тысяч километров. Общий объем – 6% от объема Земли и 8% объема мантии.

Гипотеза столкновения Земли и Тейи

Гипотеза столкновения Земли и Тейи

Обнаружить LLSVP удалось благодаря изучению сейсмических данных. Сталкиваясь с областями, сейсмические волны замедляются. Это говорит о том, что по сравнению с остальными участками мантии они отличаются более высокой плотностью. Специалисты утверждают, что мантия гипотетического тела Тейя наверняка не была плотнее мантии Земли. В противном случае в ходе столкновения ее части смогли бы достигнуть земного ядра.

Группа ученых создала модель нашей планеты в таком виде, какой она имела около 4,5 млрд лет назад. Также они смоделировали момент столкновения Земли с гипотетическим телом, чтобы подкрепить свою теорию. В ходе эксперимента они наблюдали за последствиями удара Земли и планеты размером с Марс и более крупных тел.

Считается, что в составе мантии Тейи было достаточно много железа – на это указывает ее плотность. Моделирование столкновения привело к ожидаемому результату: протопланета оказалась практически полностью разрушенной. Часть ее остатков была выброшена в космос (из них сформировалась Луна), а другая часть оказалась внутри мантии Земли. Через миллиарды лет данные частицы слились в единые области LLSVP.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Остатки другой планеты могут скрываться внутри Земли

Сергей Мануков
корреспондент Expert.ru
31 марта 2021, 10:06

Остатки другой планеты могут скрываться внутри Земли

Теория появления Луны уже ни у кого не вызывает сомнений. Наш спутник образовался после того, как протопланета под названием Тейя 4,5 млрд лет назад столкнулась с совсем еще юной Землей. Сейчас появилась удивительная теория, согласно которой остатки Тейи могли сохраниться в виде двух огромных слоев глубоко внутри нашей планеты.

Сейсмологи много лет пытаются разгадать загадку двух сгустков земной мантии, расположенных под Западной Африкой и Тихим океаном и немного напоминающих по форме наушники.

Эти огромные образования в 1 тыс. километров толщиной и в несколько раз больше шириной являются, по словам физика из университета Аризоны Цянь Юаня, самыми крупными в земной мантии. Доходя до них сейсмические волны от землетрясений, резко замедляют свой ход, что позволяет сделать вывод: плотность этих слоев и их химический состав отличаются от окружающих слоев земной мантии.

Эти, как их называют сейсмологи, крупные области с низкой скоростью сдвига (LLSVPs), могут просто быть выкристаллизовавшимися областями древнего океана магмы Земли. Однако они вполне могут быть и сохранившимися сгустками мантии, пережившими столкновение с космическим телом, после которого и образовалась Луна. С другой стороны, заявил Цянь на недавней Планетарной конференции, последние данные и компьютерное моделирование позволяют сделать еще один неожиданный вывод, что это остатки того самого космического тела, которое врезалось в Землю миллиарды лет назад.

С одной стороны, теория в общем-то не нова, но с другой, никто раньше еще не приводил в ее доказательство столько довольно убедительных доводов и фактов, как Цянь Юань.

Так, например, данные из Исландии и Самоа, по словам геохимика из университета Калифорнии Суджоя Микопадхая, позволяют предположить, что LLSVP – очень древние образования и существуют со времен образования Луны. Следы магмы, питающей извержения на этих островах, уходят вглубь к этим плотным слоям. К тому же, в лаве в Исландии и на Самоа найдены следы изотопов радиоактивных элементов, которые существовали только в первые сто миллионов лет истории Земли.

Читайте так же:
Как стать чрезвычайно обаятельным

Новые изображения тела, врезавшегося 4,5 млрд лет назад в Землю, свидетельствуют о том, что оно могло «впрыснуть» громадные куски очень плотных горных пород глубоко внутрь нашей планеты. Еще в 70-е годы прошлого века появилась теория столкновения, которая объясняла, почему луна такая сухая и имеет очень маленькое железное ядро. Дело в том, что в результате катаклизмов, к которым с полным правом можно отнести столкновения космических тел, такие летучие вещества, как вода, просто испаряются, а громадные объемы менее плотных пород, выброшенные в космос в результате удара, вполне могли со временем соединиться и образовать Луну. Полвека назад считали, что в Землю врезалась какая-то планета размером с Марс. Однако сейчас сторонники теории столкновения полагают, что ее размеры могли быть и значительно меньше. Согласно исследованиям астрофизика Стивена Деша, она могла быть размером с нашу Землю.

Деш с коллегами замерил содержание легкого водорода и дейтерия, тяжелого изотопа водорода, в образцах, привезенных с луны «Аполло». Легкого водорода в лунных образцах оказалось намного больше, чем на Земле.

Для того, чтобы захватить и сохранить так много легкого водорода, Тейя должна была быть очень большой и тяжелой. Она также должна была быть относительно сухой, потому что любая вода, в которой много тяжелого водорода, подняла бы суммарный уровень дейтерия.

Такая сухая и огромная планета вполне могла разделиться на части: ядро с низким содержанием железа и богатую железом мантию. Еще ее плотность должна была быть на 2-3,5% выше плотности нынешней Земли.

Юань считает, что после столкновения с Землей ядро Тейи могло быстро слиться с Землей. Компьютерное моделирование однако показывает, что отдельные слои мантии Тейи могли не слиться с мантией нашей планеты, а сохраниться в ней в виде отдельных образований. Моделирование показывает, что те части мантии, которые были на 1,5-3,5% плотнее мантии Земли, могли пережить столкновение и сохраниться где-то в районе ядра нашей планеты. Эту теорию подтверждают и расчеты Деша с дейтерием.

Огромные размеры Тейи объясняют солидные размеры LLSVP, которые в общей сложности в 6 раз тяжелее всей Луны. Если они имеют внеземное происхождение, то, уверен Юань, их могло доставить на Землю космическое тело размеров Тейи.

Конечно, имеется и немало вполне обоснованных сомнений. Например, данные по LLSVP отрывочны, а форма этих образований может оказаться ошибочной, потому что основывается на сейсмических волнах низкой частоты, искажающих картину.

Деш считает, что теорию столкновения можно проверить при помощи сравнения образцов лавы с Исландии и Самоа с образцами лунной мантии.

Ни в одном из лунных образцов нет частиц мантии. Поэтому ученые так мечтают получить образцы из самого большого лунного кратера, который находится на ее южном полюсе, где наверняка можно добыть образцы лунной мантии. В этом десятилетии, кстати, США и Китай планируют отправить экспедиции на южный полюс спутника Земли.

Если остатки Тейи лежат у нас под ногами на большой глубине, то они могут там находиться не одни. Сейсмологи все чаще находят на больших глубинах в мантии небольшие, размером всего в несколько сотен километров, ультраплотные участки. Причем, они в основном находятся в непосредственной близости от LLSVP.

Может быть, это погрузившиеся останки богатых железом ядер других маленьких планет, которые сталкивались с Землей на раннем этапе ее существования.

Останки Тейи спрятаны глубоко под землей?

Крупные области с низкой скоростью сдвига (LLSVP) являются одними из крупнейших и самых странных из всех изолированных структур на Земле. Откуда они? Согласно новым моделям, это могут быть останки Теи, протопланеты, которой мы обязаны Луне.

Две огромные «капли» плотной породы прячутся глубоко в нижних частях мантии Земли. Эти две гигантские массы представляют собой огромные области с низкой скоростью сдвига (LLSVP). Как следует из их названия, эти две структуры характеризуются медленными скоростями поперечных волн. Это тип упругой волны, которая может проходить через тело объекта.

Одна из этих областей похоронена под Африкой, другая — под Тихим океаном. Каждая простирается в поперечном направлении на тысячи километров и на несколько сотен километров по вертикали от границы ядро-мантия. Эти аномалии настолько массивны, что, в свою очередь, порождают собственные возмущения.

Но откуда берутся эти две огромные структуры? Многие считают, что LLSVP могут быть просто скоплениями субдуцированных океанических плит (своего рода «кладбища плит»). Однако не все согласны. Некоторые считают, что они могли быть намного старше . и иметь внеземное происхождение.

Читайте так же:
Почему хурма после заморозки перестает вязать?

Анимация, показывающая LLSVP, полученное с помощью сейсмической томографии.

Останки Тейи

Доминирующая теория состоит в том, что наша молодая Земля столкнулась с объектом размером с Марс по имени Тейя около 4,5 миллиарда лет назад. Это столкновение вызвало бы выброс вещества, которое под действием силы тяжести скопилось бы, образуя Луну.

Что тогда случилось с Тейей? Была ли она разрушена при ударе? Она просто срикошетила и продолжила свой путь? Мы до сих пор не знаем.

С другой стороны, некоторые исследователи считают, что части этой древней протопланеты до сих пор погребены под нашими ногами. И согласно новому моделированию исследователей из Университета штата Аризона (ASU), LLSVP могут представлять эти древние фрагменты.

Художественная иллюстрация столкновения Земли с Тейей.

«Гипотеза гигантского удара — одна из наиболее изученных моделей формирования Луны, но прямые доказательства, указывающие на существование ударного элемента Тейя, остаются неуловимыми«, — говорит ведущий автор этой работы Цянь Юань.

«Здесь мы демонстрируем, что мантия Тея может быть на несколько процентов плотнее, чем мантия Земли. Фактически, эти материалы, возможно, погрузились в самую нижнюю мантию Земли, прежде чем скопились в термохимические кучи, которые могут вызвать сейсмически наблюдаемые LLSVP«.

Пока это лишь гипотеза, подкрепленная симуляциями. Остается неясным, как отреагирует научное сообщество на эти новые предложения. Результаты этих работ в настоящее время рассматриваются, до их будущей публикации в Geophysical Research Letters.

«Подземный океан» в переходной зоне мантии образовался более 3,3 млрд лет назад

Вид на реку Комати в горной стране Барбертон

Рис. 1. Вид на реку Комати в горной стране Барбертон (Южная Африка). Коматииты зеленокаменного пояса Барбертон (Barberton Greenstone Belt) — одни из древнейших горных пород на Земле (3,3 млрд лет) — стали объектами данного исследования. Фото руководителя научной группы академика Александра Соболева из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Nature

Международная научная группа под руководством российских геохимиков из Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН установила, что огромные запасы воды, находящиеся в переходной зоне мантии Земли, превосходящие по массе воды всего Мирового океана, образовывались еще в палеоархее (более 3,3 млрд лет назад) за счет погружения в мантию на глубину 410–660 км океанической коры, обогащенной морской водой. А это значит, что механизм тектоники плит, отличающий Землю от всех других планет Солнечной системы, заработал уже на ранних этапах становления нашей планеты.

Основным источником информации о составе земной мантии являются вулканические породы, кристаллизовавшиеся из мантийных магм, наиболее распространенными представителями которых сегодня являются базальты. Однако в архейский период на поверхность Земли кроме базальтовых изливались значительно более горячие, коматиитовые лавы, возникшие в результате плавления глубинного мантийного вещества, доставляемого к подножию литосферы в составе мантийных плюмов.

Коматиит

Коматиит — вулканическая горная порода ультраосновного состава (SiO2 40–45%) нормальной щелочности (Na2O+K2O менее 1%) c высоким содержанием магния (МgO 18–40%). По количеству в ее составе темноцветных минералов (>90%) относится к группе ультрамафических пород. Коматииты впервые описаны французскими исследователями братьями Морисом и Робертом Вильон в 1969 году в бассейне реки Комати в Южной Африке. Позднее такие же породы были обнаружены в Канаде, Австралии, Финляндии, России и других странах.

Коматиит

Коматиит. В стекловатой основной массе присутствуют игольчатые выделения оливина. Порода частично серпентинизирована. Фото с сайта rockref.vsegei.ru

Коматииты залегают в виде лавовых потоков толщиной 0,5–20 м в основании многокилометровых толщ, слагающих архейские зеленокаменные пояса (единственным исключением являются уникальные коматииты мелового возраста, обнаруженные на острове Горгона у берегов Колумбии). Коматииты — самые тугоплавкие породы на Земле (начальная температура коматиитового расплава составляет около 1800°C, а температура кристаллизации — не ниже 1500°C).

К сожалению, все известные на поверхности Земли коматииты претерпели существенные постмагматические изменения, и их основные первичные минералы (оливин и клинопироксен) превратились в агрегат вторичных минералов — серпентина, тремолита, хлорита, карбонатов, талька. Все эти вторичные минералы содержат в своем составе Н2О, Cl и другие летучие компоненты, и судить по валовому составу измененных пород (массовая доля элементов в процентах) о составе первичного коматиитового расплава невозможно. Тем не менее даже в измененных коматиитах кое-где сохранились реликты магматического оливина, который в свою очередь содержит включения первичного коматиитового расплава, захваченного в процессе кристаллизации.

В 2016 году международная группа ученых во главе с академиком РАН Александром Соболевым из Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, изучая в Канаде коматииты зеленокаменного пояса Абитиби (Abitibi greenstone belt) возрастом 2,7 млрд лет, обнаружила, что в микроскопических капельках магматического расплава, сохранившихся в виде включений в реликтовых кристаллах оливина, содержится вода (0,6%) и хлор, а также целый ряд других элементов, таких как рубидий, барий, свинец и стронций (Sobolev et al., 2016. Komatiites reveal a hydrous Archaean deep-mantle reservoir).

Читайте так же:
Китаец передвинул дом на 40 метров, чтобы избежать сноса

Это были первые полученные данные о содержании летучих компонентов в первичных магмах архейских коматиитов, доказывавшие присутствие воды и хлора в переходной зоне мантии (на глубине 410–660 км), где формировались мантийные плюмы, в неоархейское время. Учитывая то, что высокобарические разновидности оливина — вадслеит и рингвудит, которые являются главными минералами переходной зоны мантии, под высоким давлением способны содержать в своем составе до 2,5% воды (D. Pearson et al., 2014. Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond), масса «подземного океана» воды, заключенного в этих минералах, по крайней мере не меньше массы современного Мирового океана.

В новой статье в Nature та же научная группа опубликовала данные изучения расплавных включений, содержащих воду, в оливине из коматиитов зеленокаменного пояса Барбертон (ЮАР), имеющих возраст 3,3 млрд лет, то есть на 600 млн лет более древних, чем коматииты пояса Абитиби.

Авторы изучали химический и изотопный анализов включений с применением высокоточных инструментов локального микроанализа, таких как электронный микрозонд, масс-спектрометрия с лазерной абляцией и ион-микропробный анализ (ионный зонд). Предварительно включения подвергали гомогенизации с помощью нагрева до температуры коматиитовой магмы (более 1500°C) на высокотемпературной экспериментальной установке (рис. 2) с последующей моментальной закалкой и получением чистого закалочного стекла, которое уже использовалось для проведения анализов.

Высокотемпературная экспериментальная установка

Рис. 2. Высокотемпературная экспериментальная установка (до 1700 °С) с контролем давления кислорода, установленная в ГЕОХИ РАН. Фото Александра Соболева из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Nature

Результаты исследования показали, что коматиитовый расплав содержит в среднем 0,28% Н2О, температура его образования составляла более 1750°C, а температура в момент излияния — около 1550°C. В целом же по разным образцам содержание Н2О в расплавных включениях колеблется от 0,10 до 0,56%. И это очень высокие показатели для древних коматиитовых магм, которые раньше вообще считались «сухими».

Ученые проанализировали содержание основных окислов и элементов в составе включений, включая редкоземельные элементы и сравнили это с составом так называемой примитивной мантии (см. Primitive mantle) — гипотетической оболочкой Земли, которая возникла на самых ранних этапах формирования нашей планеты вокруг обособившегося железного ядра (условный состав примитивной мантии получен расчетным путем как средневзвешенный состав современных земной коры и мантии). По результатам анализов выяснилось, что коматиитовый расплав по отношению к примитивной мантии резко обогащен двумя летучими компонентами — водородом, входящим в состав воды, и хлором. Причем это относится не только к коматиитам зеленокаменного пояса Барбертон, но и ко всем прочим коматиитам, данные по которым имелись у авторов, включая уникальные молодые (90 млн лет) коматииты острова Горгона в Колумбии (рис. 3).

Элементный состав расплавных включений в оливинах из коматиитов

Рис. 3. Элементный состав расплавных включений в оливинах из коматиитов по отношению к составу примитивной мантии, принятому за единицу: 1 — зеленокаменный пояс Барбертон (Южная Африка), 3,3 млрд лет; 2 — зеленокаменный пояс Белингве (Зимбабве), 2,7 млрд лет; 3 — зеленокаменный пояс Абитиби (Канада), 2,7 млрд лет; 4 — остров Горгона (Колумбия), 90 млн лет. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Полученные аналитические данные позволили ученым провести сравнение состава коматиитовых расплавов не только с составом примитивной мантии, но и с составом других производных мантийных расплавов — базальтовых магм. Наиболее информативными в этом плане являются геохимические отношения Н2О/Се и Ba/Nb. Первое отношение хорошо тем, что не изменяется в процессе фракционной кристаллизации оливина, оставаясь постоянным от самого источника (резервуара), в котором формируется расплав, до места кристаллизации. Второе отношение позволяет разделить между собой базальты типа MORB (mid-ocean ridge basalt — базальты срединно-океанических хребтов), являющиеся прямыми производными верхней мантии, и базальты типа IAB (island arc basalt —базальты островных дуг), которые в своем составе помимо вещества верхней мантии имеют примесь материала континентальной земной коры (рис. 4).

Отношения Н2О/Се и Ba/Nb в расплавных включениях в оливине базальтов и коматиитов в сравнении с примитивной мантией

Рис. 4. Отношения Н2О/Се (церий) и Ba/Nb (барий/ниобий) в расплавных включениях в оливине базальтов (серые точки) и коматиитов (черные кружочки) в сравнении с примитивной мантией (зеленый ромб). Цветом выделены поля базальтов различных типов: MORB — базальты срединно-океанических хребтов; OIB — базальты океанических островов (ocean island basalts); ВАВ — базальты задуговых бассейнов (back-arc basin basalts); IAB — базальты островных дуг; СМВ — базальты активных континентальных окраин (continental margin basalts). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

В итоге выяснилось, что, судя по Н2О/Се, коматииты демонстрируют резкую обогащенность водой по сравнению с верхнемантийными базальтами типа MORB. Вероятно, это связано с тем, что источник, обогативший водой коматиитовую магму, лежит ниже уровня образования этих базальтов, в переходной зоне между верхней и нижней мантией.

Читайте так же:
Почему соль легко выпарить, а сахар сложно?

Для подтверждения данного предположения авторы использовали маркер отношения тяжелого (дейтерий, D или 2 H) и легкого (протий, 1 H) изотопов водорода — D/ 1 H. Коэффициент δD (отклонение в отношении D/ 1 H в ‰ относительно стандартного отношения в современной морской воде) в океанической коре составляет от −20 до −50‰, а в мантии — около −60‰. Тот же коэффициент для расплавных включений в оливине коматиитов составил по результатам анализов около −140‰. Надо отметить, что авторами выполнены первые анализы изотопов водорода в коматиитовом расплаве.

Авторы объясняют полученные результаты следующим образом. Взаимодействие пород океанической коры (черный цвет на рис. 5) с морской водой, приводит к их изменению с образованием минералов, содержащих воду (с повышенным коэффициентом δD) и хлор, таких как серпентин, хлорит и другие. При переносе этих минералов в глубинную мантию в процессе субдукции океанической коры растущие температуры и давления приводят к их дегидратации, то есть преобразованию в другие, менее водонасыщенные минералы и выделению большей части воды и хлора в виде флюида. При этом дейтерий (D) — тяжелый изотоп водорода — в большей степени поступает во флюидную фазу воды, в то время как легкий изотоп протий ( 1 Н) в большей степени сохраняется в структуре минералов. Оставшиеся в дегидратированном материале Cl и H2O попадают в переходную зону мантии (фиолетовый цвет) и концентрируются в высокобарических модификациях оливина — рингвудите и вадслеите.

Таким образом в переходной зоне возникает мантийный источник с повышенными содержаниями H2O и Cl и низким значением δD. Мантийный плюм (желтый цвет) перемещается через переходную зону в частично расплавленном состоянии (красные капли символизируют степень плавления), что приводит к захвату воды и хлора из переходной зоны (фиолетовые точки). Последующий подъем плюма приводит к еще более обширному плавлению вследствие декомпрессии и отделению расплава, который изливается в виде коматиитовых лав на поверхности.

Схема переноса H2O и Cl измененной архейской океанической литосферой в переходную зону мантии

Рис. 5. Схема переноса H2O и Cl измененной архейской океанической литосферой в переходную зону мантии и последующего захвата этого материала архейским мантийным плюмом. Рисунок © Е. В. Асафов из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Nature

Таким образом механизм переноса пород земной коры в глубинную мантию приводит к появлению уникальной геохимической метки мантийных пород — повышенным содержаниям воды и хлора и обедненному дейтерием изотопному составу водорода, — свидетельствующей о том, что механизм погружения насыщенной морской водой океанической коры в мантию функционировал уже более 3,3 млрд лет назад. А это значит, что уже в первый миллиард лет существования Земли происходил глобальный оборот вещества, составляющий основу современной тектоники плит, а источником избытка воды в переходной зоне мантии был древний океан на поверхности планеты.

Пленница, пылевое облако или осколок Земли: как родилась Луна

Недавно был обнаружен факт, говорящий в пользу того, что Луна сформировалась в результате «лобового столкновения» Земли и некой протопланеты. Ранее учёные склонялись к тому, что гипотетическая Тейя прошла по касательной. О происхождении нашего спутника ученые спорят долгие века. «Футурист» собрал все возможные сценарии рождения Луны.

Пленница, пылевое облако или осколок Земли: как родилась Луна

Земля и Луна сформировались вместе

В 1755 году Иммануил Кант предположил, что Земля и Луна сформировались вместе, из одного пылевого сгустка. Эта идея впоследствии получила название «гипотеза совместной аккреции». Ее развивали такие серьезные ученые, как Эдуард Рош и Виктор Сафронов, и до полетов «Аполлонов» она входила в «Большую тройку» основных научных гипотез о рождении Луны. Согласно идее коаккреции, вначале из облака пыли сформировался крупный сгусток – зародыш нашей планеты. В процессе формирования прото-Земля стала приобретать всю большую массу и притягивать к себе все больше частиц пыли. Однако вобрать в себя весь пылевой сгусток Земля не смогла, и часть вещества осталась на ее орбите. Из этих остатков и образовалась Луна.

Эта гипотеза единственная из всех объясняет, почему в земной и лунной коре примерно одинаковое соотношение изотопов кислорода. Но если Луна и Земля сформировались примерно в одно время, почему у них разная плотность и разный состав? Сторонники коаккреции пытались объяснить столь малый размер железо-никелевого ядра тем, что частицы вещества на орбите Земли сталкивались и измельчались, а самые тяжелые из них притянула земная гравитация. На орбите осталась лишь легкая пыль, которая собралась в протолунный сгусток. Однако тогда все планетное вещество должно было бы превратиться в пыль. Кроме того, остается непонятным, почему лунная орбита наклонена по отношению к земной, и почему наша планета вращается так быстро.

Луна отделилась от Земли

Эту идею предложил в 1878 году Джордж Дарвин, сын знаменитого Чарльза Дарвина. Он предположил, что молодая Земля вращалась так быстро, что центробежная сила оторвала от нее часть материи. Это вещество попало на земную орбиту и образовало Луну, а огромная дыра, оставшаяся на Земле, впоследствии стала бассейном Тихого океана.

Читайте так же:
Отдых на природе: самый полезный и интересный

Эта гипотеза объясняет размер Луны, а также ее плотность, которая равна плотности земной мантии. Однако чтобы от Земли оторвался такой большой кусок материи, она должна была бы вращаться в 3–4 раза быстрее, чем сейчас – а скорость вращения нашей планеты и без того феноменальная. Кроме того, Тихий океан образовался всего 70 млн. лет назад, а это слишком мало для образования Луны.

Земля захватила Луну

Американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си в 1909 году предположил, что Луна когда-то была самостоятельной планетой Солнечной системы . Однако в результате неких гравитационных изменений ее орбита приняла форму эллипса и пересеклась с земной. При очередном сближении земная гравитация захватила Луну «в плен». Однако вероятность столкновения Луны с Землей в этом случае заметно выше, чем шансы поймать небесное тело на ходу. Также новоявленный спутник мог быть разорван приливными силами. Луна обращается вокруг Земли иначе, чем это делают спутники Юпитера, которые были захвачены его притяжением. И, наконец, эта гипотеза не объясняет одинаковое соотношение изотопов кислорода в земной и лунной коре.

Луна – это кондесат вещества Земли

В 70-е годы XX века западные ученые предположили, что Луна сформировалась в результате испарения части земного вещества. Согласно теории, Земля сильно разогрелась из-за постоянных космических «бомбардировок», и была полностью расплавлена. Часть испарившегося вещества унесло в космос, а тяжелые частицы «сконденсировались» и образовали спутник. Это может объяснить сходство состава земной мантии и лунной коры, однако наклон орбиты и скорость вращения Земли в этой теории не учитываются. Кроме того, считается, что Земля никогда не была полностью расплавлена.

Лун было несколько

В 1960-х годах астрономы Томас Голд и Гордон Макдональд предположили, что Земля захватила несколько пролетавших мимо мелких небесных тел. Орбиты этих «лун» со временем изменились под действием приливных сил, и объекты начали сталкиваться, постепенно сформировав одну большую Луну. Однако у Земли и ее спутника схожее содержание изотопов кислорода в коре, чего эта гипотеза объяснить не способна.

Луна – осколок столкновения двух планет

И это основная теория на сегодня. Ударная гипотеза гласит, что Луна появилась после того, как молодая Земля порядка 4,4 млрд. лет назад столкнулась с другой планетой. Эту протопланету ученые называют Тейя – в честь матери лунной богини Селены в греческой мифологии. Считается, что Тейя была размером с Марс.

По одной из гипотез, Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из точек Лагранжа. Это точка в системе из двух массивных тел (в данном случае, это Земля и Солнце), находясь в которой, третье, очень легкое тело может оставаться неподвижным, если на него не действует ничто, кроме гравитации. Между Тейей и Землей некоторое время сохранялась дистанция – до тех пор, пока Тейя не стала слишком массивной. Протопланета начала постепенно приближаться к Земле, и в результате два небесных тела столкнулись. Сильнейший удар выбил б ольшую часть вещества Тейи и часть земной мантии на околоземную орбиту. Из этих обломков сформировалась Луна. В результате столкновения з емная ось заметно наклонилась, а скорость вращения нашей планеты возросла.

Существует два варианта этого столкновения. В первом Тейя столкнулась с Землей «лоб в лоб», пробила верхние слои и выбросила значительную массу мантии в космос. Другая версия предполагает, что Тейя прошла по касательной – таким образом, Луна должна преимущественно состоять из остатков этого небесного тела. Но в противоположность этому состав Земли и Луны очень похож, вплоть до одинаковых долей изотопов многих металлов и прочих элементов. В 2016 году это обнаружили химики, которые работали с материалами, привезенными с Луны в ходе миссии «Аполлон» . Поэтому сценарий прохождения Тейи по касательной перестал удовлетворять ученых.

Недавно химики обнаружили еще один аргумент в пользу «лобового столкновения». Кун Ван из Гарвардского университета (США) и его коллеги сравнили изотопы калия в лунных и земных породах. Два изотопа, калий-39 и калий-41 должны были содержаться на Луне и на Земле в равных долях, так как это соотношение остается неизменным со времен образования Солнечной системы. Но ученые заметили, что в лунных образцах калия -41 на 0,04% больше, чем в земных. Это навело их на мысль о том, что часть Земли в результате столкновения с Тейей расплавилась. Пока земные породы остывали и превращались в спутник, легкий калий-39 испарялся в космос быстрее, чем его более тяжелый собрат. В результате возникло расхождение в долях изотопов. Это предположение ещё предстоит проверить. Но, возможно, Луна – это, действительно, кусочек Земли?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию