В ядре Земли могут быть благородные газы от древних порывов солнечного ветра

4,5 миллиарда лет назад, когда Солнечная система еще формировалась, частицы солнечного ветра, попадали в ядро ​​Земли, когда оно собиралось из космических обломков.

К такому выводу пришли ученые, проанализировав железный метеорит и обнаружив избыток благородных газов с соотношением изотопов, соответствующим солнечному ветру. Поскольку считается, что железные метеориты аналогичны образованию ядра планеты, это предполагает, что такое же количество должно было быть включено в ядро ​​Земли.

Метеорит, названный «Округ Вашингтон» в честь места, где он был найден еще в 1927 году, является редким. Из всех космических камней, которые падают на Землю, примерно только 5 процентов обнаруженных нами космических камней состоят из железа.

Основываясь на наше понимание образования планет, эти железные метеориты интерпретируются как ядра разрушившихся планет.

Считается, что планеты образуются, когда их звезды очень молоды — возможно, даже в то время, когда звезда все еще формируется — и вращаются вокруг плотного закрученного облака пыли и газа. Пыль и газ в этом облаке начинают сталкиваться и слипаться: сначала электростатически, затем гравитационно, поскольку объект становится более массивным и может притягивать больше материи. Эти объекты в основном представляют собой «семена» или планетезимали планет.

По мере роста планетезималей они разогреваются, позволяя материалу перемещаться. Основная дифференциация — это процесс, при котором более плотный материал опускается внутрь к центру объекта, а менее плотный материал поднимается наружу.

Считается, что астероиды — это остатки планетезималей, которые были разрушены и фрагментированы прежде, чем они смогли достичь полного роста планеты; а железные метеориты считаются фрагментами дифференцированных ядер планетезималей.

По этой причине ученые-планетологи изучают железные метеориты, чтобы лучше понять формирование нашей собственной планеты, которая имеет плотное железное ядро.

Ученые впервые обнаружили, что метеорит, по-видимому, содержит необычные изотопы благородных газов гелия и неона еще в 1960-х годах, и с тех пор исследователи были заинтригованы этим.

Первоначально считалось, что газы имеют космогенное происхождение, то есть образуются в результате взаимодействия с галактическими космическими лучами, которыми железный метеорит облучался в течение миллиардов лет в космосе.

Затем, в 1980-х годах, астрономы обнаружили, что эти отношения более соответствуют отношениям изотопов солнечного ветра. Теперь это подтвердила группа ученых под руководством космохимика Манфреда Фогта из Гейдельбергского университета в Германии.

Используя масс-спектрометрию благородных газов, они точно определили, что некоторые изотопные отношения неона и гелия, обнаруженные в метеорите округа Вашингтон, гораздо больше соответствуют солнечному ветру, а не космогенному происхождению.

«Измерения должны были быть чрезвычайно точными, чтобы отличить солнечные сигнатуры от доминирующих космогенных благородных газов и атмосферного загрязнения», — пояснил Фогт.

Экстраполируя метеорит на ядра планет, команда пришла к выводу, что вполне возможно, что аналогичные частицы солнечного ветра были захвачены формирующимся ядром Земли и растворены в жидком металле. Интересно, что данные наблюдений подтверждают этот вывод.

Солнечные изотопы гелия и неона также можно найти в вулканических породах океанических островов. По крайней мере, некоторые из этих океанических базальтов происходят из глубинных мантийных плюмов, которые, как считается, простираются до границы между ядром и мантией на глубине около 2900 километров.

Исследователи заявили, что поскольку солнечные изотопы не обнаружены в вулканических породах, добытых из более мелких материалов, это говорит о том, что изотопы поступают из глубины Земли.

«Мы всегда задавались вопросом, почему такие разные газовые сигнатуры вообще могут существовать в медленно, но постоянно конвектируемой мантии», — объяснил космохимик Марио Триелофф из Гейдельбергского университета.

Согласно расчетам команды, наблюдаемое изотопное содержание солнечного неона и гелия в мантии не потребовало бы огромного количества материала, подобного метеориту округа Вашингтон. Если бы только 1-2 процента ядра имели подобный состав, это могло бы объяснить то, что наблюдали Трилофф и его команда.

Учитывая, какими турбулентными были бы условия во время формирования Солнечной системы, неудивительно, что солнечные частицы смешались с ядром нашей планеты.

Но тот факт, что эти частицы могут просачиваться из ядра в мантию, удивителен и предполагает, что нам, возможно, придется учитывать утечку ядра в будущих исследованиях и моделировании, сказали исследователи.

«Для нашей планеты это может предложить новое решение проблем, связанных с поддержанием различных режимов мантии с различными сигнатурами благородных газов, путем вытеснения отдельных резервуаров из нижележащего ядра», — написали они в своей статье.

«В то же время это будет означать значительную — ранее игнорировавшуюся — активную роль ядра Земли в геохимии мантии и летучей геодинамике, которая должна быть интегрирована в будущие исследования».

Исследование опубликовано в журнале Communications Earth and Environment.

Источники: Фото: Мощные солнечные ветры исходят из корональных дыр в атмосфере Солнца. (НАСА / SDO / AIA)