Ślady dawnego świata pod powierzchnią ziemi. Są na głębokości 2 tysięcy metrów
Naukowcy uważają, że w początkach istnienia Ziemi nastąpiło zderzenie z niewielką planetą. Skutkiem było powstanie Księżyca. Ale okazuje się, że pozostałości tego zdarzenia mogą być ukryte głęboko pod ziemią tuż przy jądrze planety.
Wnętrze Ziemi jest dla naukowców wyjątkową tajemnicą. Najgłębszy odwiert wykonany przez człowieka ma nieco ponad 12 kilometrów. Dużo? Z naszej perspektywy z pewnością tak, ale w rzeczywistości człowiek nie przebił się nawet przez pierwszą warstwę Ziemi - litosferę o grubości około 35 kilometrów. Wiedza, którą posiadamy, opiera się przede wszystkim na badaniach geofizycznych.
W latach 80. geofizycy głęboko pod powierzchnią, nad jądrem planety dokonali zaskakującego odkrycia. To dwie plamy gęstszego materiału wielkości kontynentu - jedną pod Afryką, drugą pod Oceanem Spokojnym. Są tak masywne, że jeśli umieściłoby się je na powierzchni, utworzyłyby warstwę o grubości 100 kilometrów wokół całej planety. Przeprowadzone w ostatnich latach badania wskazują na ich różnicę fizyczną i chemiczną w stosunku do otaczającego ją płaszcza Ziemi.
Te zagadkowe struktury były dla geologów zagadką. Najnowsze badania, opublikowane 1 listopada wskazują, że to pozostałości starożytnej planety, która miliardy lat temu gwałtownie zderzyła się Ziemią. Tego samego, które doprowadziło do powstania naszego Księżyca.
Ślady katastrofy są zapisane we wnętrzu Ziemi
Analizując wnętrze Ziemi i Księżyca, naukowcy postawili hipotezę, że nasz naturalny satelita powstał w wyniku gigantycznego zderzenia z planetą wielkości Marsa zwaną Theą. Jej większa część miała zostać wchłonięta przez młodą Ziemię, a pozostała część - utworzyć Księżyc.
Wygląda na to, że Księżyc zawiera w sobie materiały reprezentatywne zarówno dla Ziemi przed uderzeniem, jak i Thei, ale sądzono, że wszelkie pozostałości Thei na Ziemi zostałyby "wymazane" i ujednolicone przez miliardy lat dynamiki (np. konwekcja w płaszczu) w Ziemi. To pierwsze badanie, które wykazało, że odrębne "kawałki" Thei nadal znajdują się na Ziemi, na granicy jądra i płaszcza.
Zespół naukowców przeprowadził serię komputerowych symulacji uderzenia Thei i zaobserwowali skutki, jakie ono wywarło. Znaleźli wówczas oznaki wskazujące, że to gigantyczne zderzenie mogło pozostawić trwałe ślady w składzie Ziemi.
Pierwszym jest widoczne do dziś rozwarstwienie płaszcza Ziemi. Materiał Ziemi i Thei zmieszały się w górnym płaszczu zbudowanym z ciekłej magmy, podczas gdy płaszcz dolny pozostał gęstszy.
Część materiału o średnicy zaledwie kilkudziesięciu kilometrów opadła na granicę jądro-płaszcz i gromadząc się utworzyła plamy nazwane LLVP (ang. large low-shear-velocity provinces), które są drugim śladem.
Stworzony model pokazał, że wtopiony materiał byłby 2,5 proc. gęstszy od płaszcza, co pozwoliłoby mu zatonąć w płaszczu, zestalić się, ale przy tym nie włączyłby się do jądra. Pokrywa się to z obserwacjami plam, które znajdują się na głębokości 2 tysięcy kilometrów i są 3 proc. gęstsze niż otoczenie.
Symulacje badaczy wykazały, że znaczna część energii dostarczonej w wyniku uderzenia Thei pozostała w górnej połowie płaszcza, pozostawiając dolny płaszcz Ziemi chłodniejszy niż szacowano we wcześniejszych modelach uderzenia o niższej rozdzielczości. Ponieważ uderzenie nie stopiło całkowicie dolnego płaszcza, plamy bogatego w żelazo materiału z Thei pozostały w dużej mierze nienaruszone.
Dzięki symulacjom konwekcji w płaszczu odkryliśmy, że gęste, bogate w żelazo materiały z Thei opadały i gromadziły się u podstawy płaszcza Ziemi. Materiały te mogły tam pozostać przez całą historię Ziemi wynoszącą około 4,5 miliarda lat.
Odkrycie daje naukowcom dodatkowy zestaw narzędzi do zrozumienia historii i powstania naszej planety oraz Układu Słonecznego
Literatura źródłowa: Yuan, Q., Li, M., Desch, S.J. et al. Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies. Nature 623, 95-99 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06589-1
