Ślady dawnego świata pod powierzchnią ziemi. Są na głębokości 2 tysięcy metrów

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.

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.

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. 

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