Меню

Геохимики утверждают, что Луна - это перемещенная мантия прото-Земли

Недавнее исследование химических элементов в геологических породах Земли и Луны опровергло базовые гипотезы о происхождении естественного спутника нашей планеты. Крошечные различия в сегрегациях изотопов калия грунтов Луны и Земли оказались ниже пределов допустимой ошибки в вычислениях.

Еще в 2015 году геохимик Вашингтонского университета Кун Ван разработал метод для сравнительного анализа изотопов, в 10 раз превышающий точность предшествующих измерений.

Кун Ван, а также его коллега из Гарварда Стейн Якобсен теперь сообщили об изотопных различиях между лунными и земными породами, которые, по их мнению, доказывают двухэтапность происхождения Луны. Согласно предложенной математической модели, в самом начале был внешний удар, сформировавший прото-планету, окутанную силикатной атмосферой; затем другое, более сильное воздействие испарило часть прото-Земли, а уже из огромного сверхтекучего диска, гравитационно связанного с Землей, кристаллизировалась Луна.

Геохимики: Луна образовалась из мантии прото-Земли

Экспериментальные данные изотопного исследованиия, подтверждающие гипотезу высокоэнергетического воздействия, опубликованs в издани Nature. Геохимики убеждены, что процесс испарения Земли в результате внешнего энергетического воздействия. Каким образом произошло такое воздействие, пока непонятно. Возиожно, речь идет об астероидной бомбардировке в условиях отсутствия магнитного поля прото-Земли, но тут, как говорится, есть варианты.

Изотопный кризис

Почти 40 лет назад две группы астрофизиков, независимо друг от друга, предположили, что Луна образовалась в результате разделения прото-Земли на две части, в результате чего образовалось небесное тело размером с Марс.

Происхождение Луны. Сценарий 1

Однако в 2001 году стало известно, что изотопные композиции различных элементов в наземных и лунных породах почти идентичны. Анализ образцов, привезенных из миссией "Аполлон" 1970-х годов, показал, что Луна имеет такое же изобилие трех стабильных изотопов кислорода, как и Земля.

Ученые посчитали данные экспериментов странными. Последующее математическое моделирование энергетического воздействия предсказало, что большая часть материала (60-80%), отошедшая Луне, возникла в результате удара, а не образовалась в земных (пусть даже и в экстремальных) условиях. Однако планетарные тела, которые образуются в разных частях Солнечной системы, как правило, имеют различные изотопные композиции, настолько разные, что служат служат sui generis "отпечатками пальцев" исследуемых планет.

Вероятность того, что иное небесное тело получило ту же изотопную подпись, как и Земля, вычерпывающе мала.

Таким образом, гипотеза гигантского удара имела серьезную проблему. Она может соответствовать многим физическим характеристикам системы Земля-Луна, но не их геохимии. Изотопные исследования спровоцировали "изотопный кризис" данной гипотезы.

Поначалу ученые считали, что более точные измерения могут разрешить проблему. Но результаты экспериментов, опубликованные в 2016 году, лишь подтвердили, что изотопные композиции не различимы, если вообще идентичны.

Верификация

Поэтому перед геохимиками и геофизиками буквально возникла необходимость корректировки гипотезы энергетического воздействия. Цель новых исследований состояла в поиске модели «Луны из Земли», а не в результате ударной волны. Как результат — несколько десятков матмоделей, которые сейчас проходят «естественный отбор» в академическом сообществе.

Происхождение Луны. Сценарий 2

В оригинальной модели гигантский удар расплавил часть Земли, выброшенное вещество послужила рабочим материалом для образования Луны.

Модель, предложенная в 2007 году, добавляет силикатную атмосферу пара вокруг Земли и лунный диск (магма-диск, который является остатком ударного воздействия). Идея заключается в том, что силикатный пар позволил прото-Луне обмениваться веществом с Землей и одновременно конденсироваться из расплавленного диска.

"Они пытаются объяснить изотопное сходство добавлением этой атмосферы, - сокрушается Ван, - но они по-прежнему не признают низкоэнергическое воздействие как оригинальную модель".

Другая модель, предложенная в 2015 году, предполагала, что воздействие было чрезвычайно сильным, настолько сильным, что ударный диск и мантия Земли, испаряясь, смешивались и перетекали друг в друга. Таким образом сформировалась плотная атмосфера расплава/паровой мантии, которая расширилась и заполнила пространство, более чем в 500 раз превышающее нынешнюю Землю. Когда атмосфера остыла, Луна смогла конденсироваться из полученных земных пород.

Такое смешение атмосфер объясняет идентичный изотопный состав Земли и Луны, уверен Ван. Атмосфера мантии была «суперкритической жидкостью», без различных фаз жидкости и газа. Сверхкритические жидкости могут течь через твердые тела и растворять материалы.

Почему калий имеет значение

Согласно Nature, высокоточные данные изотопов калия имеют решающее значение для изучения лунных и наземных пород. Калий обладает тремя стабильными изотопами, но только два из них, калий-41 и калий-39, достаточно обильны, чтобы их измерить с необходимой точностью.

Ван и Якобсен изучили 7 образцов лунных пород и сравнили полученное соотношение изотопов калия с 8 образцами, «вышедшими» из мантии Земли. Они обнаружили, что лунные породы были обогащены более тяжелым изотопом калия.

Единственный высокотемпературный процесс, позволяющий отделить изотопы калия, является неполная конденсация калия от фазы пара во время лунообразования. По сравнению с более легким изотопом, тяжелый изотоп выпадал из пара и конденсата.

Расчеты показали, однако, что если этот процесс произойдет в абсолютном вакууме, то он приведет к более высокому обогащению, чем показали измерения Вана и Якобсена. Но более высокое давление оподавляет фракциотацию, доказывает Ван. По этой причине он и его коллега предполагают, что Луна конденсировалась под давлением в 10 бар.

Вывод о том, что лунные породы обогащались более тяжелым изотопом калия, не подтверждает математическую модель силикатной атмосферы, согласно которой лунные породы содержат меньше более тяжелых изотопов, чем земные. Тот случай, когда теория противоречит экспериментальным данным.

Поэтому геологи предлагают модель атмосферы мантии, которая поясняет, почему лунные породы содержат больше тяжелых изотопов, чем их земные аналоги.

По материалам исследований Вашингтонского университета

Добавил:Всеволод Гордиенко Дата:2021-03-13 Раздел:Геология