Открытие ученых поддерживает гипотезу образования Луны

Слой железа и других элементов глубокого залегания является подтверждением, которое ученые уже давно искали для поддержки гипотезы о том, что Луна была сформирована планетарным объектом, столкнувшимся с ранней Землей около 4,5 миллиардов лет назад, утверждает новое исследование во главе с учеными из Университета Джона Хопкинса.

Статья, опубликованная в журнале Nature Geoscience, использует лабораторные моделирования столкновения Земли в качестве доказательства того, что стратифицированный слой под скалистой мантией – который появляется в сейсмических данных – был создан, когда Земля столкнулась с меньшим объектом. Авторы утверждают, что это был тот же удар, который послал большую массу обломков в космос, формируя Луну.

«Наши эксперименты приносят дополнительные доказательства в пользу гипотезы гигантского столкновения, - сказал Майлис Ландо (Maylis Landeau), ведущий автор статьи. - Они показывают, что сценарий гигантского столкновения объясняет также расслоение, показанное сейсмологией в верхней части современного ядра Земли. Этот результат связывает структуру ядра современной Земли с процессом ее формирования».

Соавтор статьи профессор-исследователь Питер Олсон (Peter Olson) сказал, что предположение о гигантском столкновении является наиболее распространенной научной гипотезой о том, как был сформирован спутник Земли, но она до сих пор считается недоказанной, потому что не было "дымящего пистолета" в качестве доказательства.

«Мы говорим, что этот стратифицированный слой может быть этим дымящимся пистолетом, - сказал проф. Олсон. - Его свойства согласуются с тем, что он является следствием этого столкновения».

Их аргумент основан на сейсмических данных о составе стратифицированного слоя – как полагают, имеющего толщину около 200 миль и лежащего на 1800 миль ниже поверхности Земли, – и на лабораторных экспериментах, имитирующих турбулентность воздействия. Турбулентность, означающую смесь материалов в слоях, а не гомогенная композиция, как полагают, является, в частности, объяснением стратификации в верхней части ядра.

Стратифицированный слой, как полагают, состоит из смеси железа и более легких элементов, в том числе кислорода, серы и кремния. Само существование этого слоя выводится из сейсмических изображений, так как он находится слишком глубоко под землей, чтобы взять образцы непосредственно.

До сих пор, большинство моделей столкновения были сделаны в цифровой форме и не учитывали ударную турбулентность, сказал проф. Олсон. Он сказал также, что турбулентность трудно смоделировать математически, и до сих пор нет компьютерной модели, которая сделала бы это успешно.

Исследователи в этом эксперименте моделировали удар, используя жидкость, предназначенную для аппроксимации турбулентного перемешивания материалов, которое имело бы место, когда планетарный объект столкнулся с почти полностью сформированной Землей, или протоземлей, как ее называют ученые.

Проф. Олсон сказал, что эксперименты основаны на принципе "динамического подобия". В данном случае это означает способ сделать надежные сравнения потоков жидкости без воспроизведения шкалы, материалов и силы первоначального удара Земли, что было бы невозможно. Вместо этого эксперимент был предназначен для имитации ключевых соотношения сил, вызвавших турбулентность вследствие удара, который может оставить после себя слоистую смесь материала.

Исследователи провели более 60 экспериментов, в которых около 100 г солевых или этаноловых растворов, представлявших планетарный объект, поразивший Землю, капали в прямоугольный резервуар емкостью около 23 литров жидкости, представлявших раннюю Землю. В резервуаре находилось сочетание жидкостей в слоях, которые не смешиваются: нефть, находящаяся вверху, представляла мантию, а вода внизу – ядро Земли.

Анализ воздействия показал, что смесь материалов после столкновения получилась в различных количествах, а также что распределение смеси зависело от размера и плотности объекта, поражающего "Землю". Чем больше был объект, тем более вероятно, что все ядро Земли, а не только слой, будет представлено в смеси материала.

Новая работа использует лабораторные моделирования столкновения в качестве доказательства того, что стратифицированной слой под скалистой мантией - который появляется в сейсмических данных – был создан, когда Земля столкнулась с меньшим объектом. Авторы утверждают, что это то же самое столкновение, которое выбросило большую массу обломков в космос, создавая Луну

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365