Новый изотопный анализ только что изменил график возникновения Земли

В самые первые годы существования Солнечной системы для формирования ранней Земли потребовалось гораздо меньше времени, чем мы думали ранее.

Согласно новому анализу железных изотопов, обнаруженных в метеоритах, большей части Земли потребовалось всего 5 миллионов лет, чтобы собраться вместе — в несколько раз меньше, чем предполагают современные модели.

Этот пересмотр является значительным вкладом в наше текущее понимание формирования планет, предполагая, что механизмы могут быть более разнообразными, чем мы думаем, даже между планетами одного типа, расположенными в одном районе — каменистыми планетами, такими как Марс и Земля.

Видите ли, мы не уверены на 100% в том, как образуются планеты. У астрономов есть довольно хорошая общая идея, но более мелкие детали … ну, их довольно сложно наблюдать в действии.

Широкие штрихи процесса формирования планет связаны с образованием самой звезды. Звезды образуются, когда собирается комок в облаке пыли и газа под действием собственной силы тяжести и начинает вращаться. Это приводит к тому, что окружающая пыль и газ начинают циркулировать вокруг него, как вода, циркулирующая вокруг стока.

Когда он вращается, весь этот материал образует плоский диск, питающий растущую звезду. Но не весь диск будет поглощен — то, что осталось, называется протопланетным диском, и он продолжает формировать планеты; вот почему все планеты Солнечной системы примерно расположены на плоской плоскости вокруг Солнца.

Когда дело доходит до формирования планет, считается, что крошечные частицы пыли и камня в диске начнут электростатически цепляться друг за друга. Затем, по мере того, как они увеличиваются в размерах, увеличивается и их гравитационная сила. Они начинают привлекать другие скопления, благодаря случайным взаимодействиям и столкновениям, увеличиваясь в размерах до тех пор, пока не станут целой планетой.

Считалось, что для Земли этот процесс занял десятки миллионов лет. Но изотопы железа в мантии Земли, по мнению ученых из Копенгагенского университета в Дании, показывают обратное.

По своему составу Земля отличается от других тел Солнечной системы. Земля, Луна, Марс, метеориты — все они содержат естественные изотопы железа, такие как Fe-56 и более легкий Fe-54. Но Луна, Марс и большинство метеоритов имеют одинаковое их количество, в то время как на Земле значительно меньше Fe-54.

Единственное другое космическое тело, которое имеет состав, подобный составу Земли, — это редкий тип метеорита, называемый CI-хондриты. Интересная вещь об этих метеоритах состоит в том, что они имеют состав, подобный Солнечной системе в целом.

Представьте себе, если бы вы получили все ингредиенты для салата. Смешайте их все вместе в одном большом горшке — это протопланетный диск, а затем Солнечная система. Но если вы разбросали свои ингредиенты в несколько небольших горшков с разными пропорциями каждого ингредиента — теперь у вас есть отдельные планеты и астероиды.

Что делает CI-хондриты особенными, так это то, что по этой аналогии они похожи на маленькие крошечные горшки, содержащие начальные пропорции ингредиентов. Итак, иметь под рукой одну из этих космических скал — это все равно, что иметь микрокосм пыли, закрученный в протопланетном диске на заре Солнечной системы, 4,6 миллиарда лет назад.

Согласно современным моделям формирования планет, если бы материя просто смешалась друг с другом, содержание железа в мантии Земли было бы представительным для смеси всех видов метеоритов с более высоким содержанием Fe-54.

Тот факт, что состав нашей планеты сопоставим только с CI-хондритов, наводит на мысль о другой модели формирования. Исследователи полагают, что вместо того, чтобы скапливаться, железное ядро ​​Земли сформировалось ранее под дождем из космической пыли — более быстрый процесс, чем аккреция более крупных камней. За это время сформировалось железное ядро.

Затем, когда Солнечная система остыла, спустя первые несколько сотен тысяч лет пыль CI из дальнего края могла мигрировать внутрь, туда, где формировалась Земля. Она разбросана по всей Земле.

Исследователи пришли к выводу, что поскольку становление протопланетный диск — и большое количество пыли в нем, которое могло выпасть на Землю — длилось всего около 5 миллионов лет, Земля должна была аккрецироваться в течение этого периода времени, заключают исследователи.

«Эта добавленная пыль CI надпечатала состав железа в мантии Земли, что возможно только в том случае, если большая часть предыдущего железа уже была в ядре», — объяснил геолог Мартин Шиллер из Университета Копенгагена.

Это не только расширяет наше понимание формирования планет, но и может повлиять на наше понимание жизни во Вселенной. Вполне возможно, что такого рода планетарное образование является предпосылкой условий, благоприятствующих жизни.

«Теперь мы знаем, что формирование планет происходит везде. У нас есть общие механизмы, которые работают и создают планетные системы. Когда мы понимаем эти механизмы в нашей собственной солнечной системе, мы можем сделать аналогичные выводы о других планетных системах в галактике», — сказал космохимик Мартин Биззарро из Копенгагенского университета.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Источники: Фото: NASA/JPL