Международная команда исследователей сопоставила результаты геохимического анализа мантии Земли с аналогичными данными для метеоритов, смоделировав рождение нашей планеты.

Полученные результаты свидетельствуют, что от формирования Солнечной системы (примерно 4567 миллионов лет назад) до того времени, когда Земля достигла своего настоящего размера, миновал гораздо больший срок, чем принято было думать.

Считается, что процесс формирования Земли (аккреция) шел в течение 30 миллионов лет. Но авторы публикации в журнале Nature Geoscience полагают, что наша планета «выросла» до 60% своего размера достаточно быстро, но потом процесс вполне мог замедлиться и растянуться в общей сложности на 100 миллионов лет.

«Вопрос замыкается на сроке формирования ядра планеты. Это одна из главных неизвестных в этой области науки», — говорит один из соавторов работы, д-р Джон Радж (John Rudge) из Кембриджа. – «Большинство ученых полагает, что аккреция Земли шла с экспоненциально убывающей скоростью, но мы думаем, что этот процесс был гораздо более сложным – то приостанавливался, то возобновлялся».

Процесс аккреции Земли включал в себя десятки столкновений небольших планетных тел, называемых «планетарными эмбрионами» (planetary embryos). Части этих протопланет смешались друг с другом и расплавились под влиянием высоких температур, вызванных столкновением. Со временем это привело к возникновению ядра жидкого металла в центре Земли и покрывающей его силикатной мантии.

Многие ученые считают, что точку в процессе формирования нашей планеты поставило столкновение с крупным небесным телом (размером с Марс), в результате которого часть Земли «оторвалась» и превратилась в спутник – Луну. Однако выяснить, как долго «взрослела» Земля, оказалось не просто.

Команда исследователей провела анализ изотопов, подвергшихся радиоактивному распаду в процессе аккреции, и создала набор математических моделей, отражающих различные вероятные пути формирования планеты.

При распаде некоторых элементов образуются изотопы с различным «сродством» — одни из них стремятся к металлу ядра и постепенно мигрируют в центр Земли, тогда как другим более «симпатична» мантия. Гафний-182, накапливающийся в силикатах, при распаде образует изотоп вольфрама-182, который образует связи с металлами. Процесс образования вольфрама-182 не прекращается до сих пор, но зная период полураспада этих элементов, можно приблизительно рассчитать, какое их количество содержалось в мантии в разные моменты времени. Следы вольфрама-182 до сих пор можно обнаружить в мантии планеты, но большая его часть мигрировала в ядро.

Сравнив эти геохимические «метки» с показателями содержания тех же изотопов в веществе хондритов (метеоритов, упавших на Землю в наше время, химическим элементам в которых было некуда мигрировать), ученые ранее смогли сделать выводы о длительности аккреции. Периоды полураспада вольфрама и гафния измеряются миллионами лет, так что точность вычислений оставляла желать лучшего. Предполагая, что аккреция проходила относительно стабильно, ученые рассчитали её продолжительность – 30 миллионов лет.

Авторы нового исследования совместили показания гафний-вольфрамовых «радиоактивных часов» с аналогичными данными для уран-свинцового распада. И хотя период полураспада свинца еще больше, чем у вольфрама, совместная интерпретация данных позволила уточнить предыдущие расчеты.

Д-р Радж смоделировал различные вероятные пути аккреции Земли с учетом данных гафний-вольфрамовых и уран-свинцовых измерений. До проведения расчетов команда не выдвигала гипотез относительно того, по какому именно пути шло формирование нашей планеты. И хотя было рассмотрено множество различных вариантов, моделирование показало весьма низкую вероятность того, что Земля сформировалась за 30 миллионов лет. Скорее всего, первоначально планета росла очень быстро, достигнув двух третей своего размера за период от 10 до 40 миллионов лет. Но потом аккреция значительно замедлилась, и для завершения процесса потребовалось еще 70 миллионов лет.

РОСКОСМОС

Самара today