Μια μελέτη υπό την καθοδήγηση του Caltech προτείνει ότι δύο ογκώδεις, πλούσιες σε σίδηρο δομές βαθιά μέσα στον μανδύα της Γης είναι τα ερείπια της Θείας, ενός αρχαίου πλανήτη που συγκρούστηκε με τη Γη, δημιουργώντας επίσης τη Σελήνη. Αυτή η ανακάλυψη απαντά σε μακροχρόνιες ερωτήσεις σχετικά με την προέλευση της Σελήνης και τη μοίρα της Θείας.
Στη δεκαετία του 1980, οι γεωφυσικοί έκαναν μια εκπληκτική ανακάλυψη: δύο σταγόνες ασυνήθιστου υλικού σε μέγεθος ηπείρου βρέθηκαν βαθιά κοντά στο κέντρο της Γης, μία κάτω από την αφρικανική ήπειρο και μία κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό. Κάθε σταγόνα έχει διπλάσιο μέγεθος από τη Σελήνη και πιθανότατα αποτελείται από διαφορετικές αναλογίες στοιχείων από τον μανδύα που την περιβάλλει.
Προέλευση των μεγάλων επαρχιών χαμηλής ταχύτητας
Από πού προήλθαν αυτές οι παράξενες σταγόνες —επίσημα γνωστές ως μεγάλες επαρχίες χαμηλής ταχύτητας (LLVP)—; Μια νέα μελέτη με επικεφαλής τους ερευνητές του Caltech υποδηλώνει ότι πρόκειται για απομεινάρια ενός αρχαίου πλανήτη που συγκρούστηκε βίαια με τη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια στην ίδια γιγαντιαία πρόσκρουση που δημιούργησε τη Σελήνη μας.
Διαβάστε επίσης: Σταγόνες θαλασσινού νερού περιέχουν ίχνη αρχαίου κόσμου
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Φύση την 1η Νοεμβρίου, προτείνει επίσης μια απάντηση σε ένα άλλο μυστήριο της πλανητικής επιστήμης. Οι ερευνητές έχουν υποθέσει εδώ και καιρό ότι η Σελήνη δημιουργήθηκε μετά από μια γιγάντια σύγκρουση μεταξύ της Γης και ενός μικρότερου πλανήτη που ονομάζεται Theia, αλλά κανένα ίχνος της Theia δεν έχει βρεθεί ποτέ στη ζώνη των αστεροειδών ή σε μετεωρίτες. Αυτή η νέα μελέτη υποδηλώνει ότι το μεγαλύτερο μέρος της Θείας απορροφήθηκε στη νεαρή Γη, σχηματίζοντας τα LLVPs, ενώ τα υπολείμματα από την πρόσκρουση συγχωνεύτηκαν στη Σελήνη.
Οπτικοποίηση της Γης με μεγάλες «σταγόνες» πυκνού υλικού κοντά στον πυρήνα της Γης. Αυτές οι σταγόνες ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1980. Τώρα, οι ερευνητές προτείνουν ότι είναι στην πραγματικότητα τα απομεινάρια ενός αρχαίου πλανήτη, της Θείας, που συγκρούστηκε με τη Γη για να σχηματίσει τη Σελήνη. Πραγματοποίηση: Edward Garnero
Μεθοδολογία και Ευρήματα Έρευνας
Επικεφαλής της έρευνας ήταν ο Qian Yuan, OK Earl Postdoctoral Scholar Research Associate στα εργαστήρια του Paul Asimow (MS ’93, PhD ’97), της Eleanor και του John R. McMillan, καθηγητή Γεωλογίας και Γεωχημείας. και ο Michael Gurnis, ο John E. And Hazel S. Smits Professor of Geophysics και ο Clarence R. Allen Leadership Chair, διευθυντής του Σεισμολογικού Εργαστηρίου του Caltech και διευθυντής της Ακαδημίας Schmidt για Μηχανική Λογισμικού στο Caltech.
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν για πρώτη φορά τα LLVP μετρώντας τα σεισμικά κύματα που ταξιδεύουν στη γη. Τα σεισμικά κύματα ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες μέσω διαφορετικών υλικών, και στη δεκαετία του 1980, εμφανίστηκαν οι πρώτες νύξεις τρισδιάστατων παραλλαγών μεγάλης κλίμακας βαθιά μέσα στη δομή της Γης. Στον βαθύτερο μανδύα, το μοτίβο των σεισμικών κυμάτων κυριαρχείται από τις υπογραφές δύο μεγάλων δομών κοντά στον πυρήνα της Γης που οι ερευνητές πιστεύουν ότι διαθέτουν ασυνήθιστα υψηλό επίπεδο σιδήρου. Αυτή η υψηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο σημαίνει ότι οι περιοχές είναι πιο πυκνές από το περιβάλλον τους, με αποτέλεσμα τα σεισμικά κύματα που τις περνούν να επιβραδυνθούν και να οδηγήσουν στο όνομα «μεγάλες επαρχίες χαμηλής ταχύτητας».
Ο Yuan, γεωφυσικός με εκπαίδευση, παρακολούθησε ένα σεμινάριο σχετικά με το σχηματισμό πλανητών που δόθηκε από τον Mikhail Zolotov, καθηγητή στο State University της Αριζόνα, το 2019. Ο Zolotov παρουσίασε την υπόθεση της γιγαντιαίας πρόσκρουσης, ενώ ο Qian σημείωσε ότι η Σελήνη είναι σχετικά πλούσια σε σίδηρο. Ο Ζολότοφ πρόσθεσε ότι δεν βρέθηκε κανένα ίχνος του κρουστικού εκκρεμούς που πρέπει να συγκρούστηκε με τη Γη.
«Ακριβώς αφότου ο Μιχαήλ είπε ότι κανείς δεν ξέρει πού βρίσκεται τώρα το κρουστικό εκκρεμές, είχα μια «στιγμή ευρήκα» και συνειδητοποίησα ότι το πλούσιο σε σίδηρο κρουστικό εκκρεμές θα μπορούσε να είχε μεταμορφωθεί σε σταγόνες μανδύα», λέει ο Yuan.
Μια λεπτομερής προσομοίωση της συντριβής της Θείας στη Γη. Ενώ η σύγκρουση ήταν βίαιη, δεν ήταν αρκετά ενεργητική για να λιώσει τον κάτω μανδύα της Γης – που σημαίνει ότι τα υπολείμματα της Θείας θα μπορούσαν να διατηρηθούν, αντί να αναμειχθούν ομοιογενώς με το υλικό της Γης. Πίστωση: Hongping DengΟ Yuan συνεργάστηκε με πολυεπιστημονικούς συνεργάτες για να μοντελοποιήσει διαφορετικά σενάρια για τη χημική σύνθεση της Theia και τον αντίκτυπό της στη Γη. Οι προσομοιώσεις επιβεβαίωσαν ότι η φυσική της σύγκρουσης θα μπορούσε να είχε οδηγήσει στον σχηματισμό τόσο των LLVPs όσο και της Σελήνης. Κάποιος από τον μανδύα της Theia θα μπορούσε να έχει ενσωματωθεί στον μανδύα της Γης, όπου τελικά συσσωρεύτηκε και κρυσταλλώθηκε για να σχηματίσει τις δύο ξεχωριστές σταγόνες που ανιχνεύονται σήμερα στο όριο πυρήνα-μανδύα της Γης σήμερα. άλλα συντρίμμια από τη σύγκρουση αναμίχθηκαν για να σχηματίσουν τη Σελήνη.
Επιπτώσεις και Μελλοντική Έρευνα
Δεδομένου ενός τόσο βίαιου αντίκτυπου, γιατί το υλικό της Theia συσσωρεύτηκε στις δύο διακριτές σταγόνες αντί να αναμειχθεί με τον υπόλοιπο πλανήτη που σχηματίστηκε; Οι προσομοιώσεις των ερευνητών έδειξαν ότι μεγάλο μέρος της ενέργειας που παράγεται από την πρόσκρουση της Theia παρέμεινε στο άνω μισό του μανδύα, αφήνοντας τον κατώτερο μανδύα της Γης πιο ψυχρό από ό,τι εκτιμήθηκε από προηγούμενα μοντέλα κρούσης χαμηλότερης ανάλυσης. Επειδή ο κάτω μανδύας δεν είχε λιώσει εντελώς από την πρόσκρουση, οι σταγόνες του πλούσιου σε σίδηρο υλικού από τη Theia έμειναν σε μεγάλο βαθμό ανέπαφες καθώς κοσκινίζονταν στη βάση του μανδύα, όπως οι χρωματιστές μάζες κεριού παραφίνης σε μια σβησμένη λάμπα λάβας. Αν ο κάτω μανδύας ήταν πιο καυτός (δηλαδή, αν είχε λάβει περισσότερη ενέργεια από την πρόσκρουση), θα είχε αναμειχθεί πιο καλά με το πλούσιο σε σίδηρο υλικό, όπως τα χρώματα σε ένα αναδευόμενο δοχείο με χρώματα.
Τα επόμενα βήματα είναι να εξεταστεί πώς η πρώιμη παρουσία του ετερογενούς υλικού της Theia βαθιά μέσα στη γη θα μπορούσε να έχει επηρεάσει τις εσωτερικές διαδικασίες του πλανήτη μας, όπως η τεκτονική των πλακών.
«Μια λογική συνέπεια της ιδέας ότι τα LLVP είναι απομεινάρια της Theia είναι ότι είναι πολύ αρχαία», λέει ο Asimow. «Είναι λογικό, επομένως, να διερευνήσουμε στη συνέχεια ποιες συνέπειες είχαν για την πρώιμη εξέλιξη της Γης, όπως η έναρξη της καταβύθισης πριν οι συνθήκες ήταν κατάλληλες για τεκτονικές πλακών μοντέρνου τύπου, το σχηματισμό των πρώτων ηπείρων και την προέλευση των πολύ παλαιότερων επιζώντα επίγεια ορυκτά».
Νέα έρευνα απαντά σε δύο μακροχρόνια μυστήρια της πλανητικής επιστήμης: Ποιες είναι οι γιγάντιες μυστηριώδεις «σταγόνες» υλικού κοντά στον πυρήνα της Γης και τι συνέβη στον πλανήτη που έπεσε στη Γη για να δημιουργήσει τη Σελήνη; Μια νέα μελέτη από το Caltech προτείνει ότι τα υπολείμματα αυτού του αρχαίου πλανήτη εξακολουθούν να βρίσκονται μέσα στη Γη, εξηγώντας την προέλευση των «σταγονιών» κοντά στο όριο πυρήνα-μανδύα.Παραπομπή: “Moon-forming Important as a source of Earth’s basal mantle anomalies” από Qian Yuan, Mingming Li, Steven J. Desch, Byeongkwan Ko, Hongping Deng, Edward J. Garnero, Travis SJ Gabriel, Jacob A. Kegerreis, Yoshinori Miyazaki , Vincent Eke και Paul D. Asimow, 32 Οκτωβρίου 2023, Φύση.
DOI: 10.1038/s41586-023-06589-1
Ο Qian Yuan είναι ο πρώτος συγγραφέας. Εκτός από τον Yuan και τον Asimow, ο επιπλέον συν-συγγραφέας του Caltech είναι ο Yoshinori Miyazaki, Stanback Postdoctoral Scholar Research Associate in Comparative Planetary Evolution. Επιπλέον συγγραφείς είναι οι Mingming Li, Steven Desch και Edward Garnero (PhD ’94) του Arizona State University (ASU). Byeongkwan Ko του ASU και του Michigan State University. Hongping Deng της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών. Travis Gabriel του Γεωλογικού Ινστιτούτου των ΗΠΑ. Jacob Kegerreis του NASA‘s Ames Research Center; και Vincent Eke του Πανεπιστημίου Durham. Η χρηματοδότηση παρασχέθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, την OK Earl Postdoctoral Fellowship στο Caltech, το US Geological Survey, τη NASA και το Caltech Center for Comparative Planetary Evolution.
Διαβάστε επίσης:
Ο σύντομος νυχτερινός ύπνος συνδέεται με 74% αυξημένο κίνδυνο περιφερικής αρτηριακής νόσου
Η Σελήνη έχει έναν συμπαγή πυρήνα που μοιάζει με τη Γη, Ευρήματα μελέτης
