Дорогой катастроф: ударная эволюция Земли

Около столетия назад было показано, что во многом состав нашей Земли очень близок к составу хондритов, кремнийсодержащих каменистых метеоритов, которые можно назвать «отходами производства планет». Они – обломки, образовавшиеся в молодой Солнечной системе из того же газопылевого облака и оставшиеся с тех далеких времен. Хондриты – самый распространенный вид метеоритов, падающих на Землю, и самые часто встречающиеся в Астероидном поясе.

Однако состав хондритов и состав минералов земной поверхности заметно отличаются. Считается, что в целом они все-таки схожи, и отличия внешних слоев компенсируются скрытыми запасами, находящимися в недрах планеты. К примеру, соотношение самария и неодима в земных вулканических породах выше, чем в хондритах. Это привело геологов к гипотезе о существовании на больших глубинах, на границе коры и мантии, вещества с более низким, чем у хондритов, отношением этих элементов, что компенсирует отличия, заметные на поверхности.

Иными словами, ученые всеми силами стараются защитить вполне разумную – и подтверждаемую многими фактами – идею об общности происхождения и, как следствие, близости составов Земли и хондритов. Для этого некоторые наблюдения, не очень с ней согласующиеся, буквально «подгоняются» под нее.

Однако сплошь и рядом такие попытки наталкиваются на еще большие проблемы. К примеру, если такие «скрытые резервуары» существуют, они должны взаимодействовать с мантийными плюмами, горячими потоками, берущими начало ближе к ядру планеты и поднимающимися к поверхности. Расчет показывает, что «скрытые резервуары» основных элементов, подвергающихся радиоактивному распаду (урана, тория, калия), в основном (до 40% их числа) должны концентрироваться в мантии на больших глубинах. Распадаясь, они нагревают среду, и эта температурная энергия должна подниматься вверх с плюмами. Но плюмы несут менее 50% энергии, чем это могло быть, будь такая версия полностью верна.

«”Скрытых резервуаров”, о которых говорят большинство "хондритных гипотез”, просто нет», - заявляет австралийский профессор Ян Кэмпбелл (Ian Campbell). В самом деле, целый ряд ученых сегодня считает, что сходство состава Земли с хондритами было слишком преувеличено. В общности происхождения их никто не сомневается – но вот затем пути эволюции планеты и астероидов сильно разошлись. В итоге накопились различия, в основном, связанные с тем, что Земля за миллиарды лет жизни потеряла одни элементы и накопила другие – за счет нередких столкновений с другими космическими телами.

Само рождение нашей планеты во многом стало результатом столкновений между все более увеличивавшимися в размерах объектами. К тому моменту, когда протопланета достигла достаточной величины, ее раскаленное, расплавленное вещество стало разделяться с образованием тонкой внешней базальтовой коры, богатой определенными элементами – в том числе и ураном, торием и калием.

По мнению Кэмпбелла, в ходе частых столкновений этот слой частично теряется, и в результате такой «коллизионной эрозии» вместе с ним теряются и определенные элементы. «Мы думаем, что все планеты формировались с участием такого процесса, - говорит ученый, - Состав разных планет различается, в том числе, и по этой причине».

Стоит заметить, что выкладки австралийских геофизиков отнюдь не безупречны. Например, если считать, что большие количества породы с поверхности Земли были выбиты в космос, мы должны были бы обнаруживать астероиды соответствующего состава, но пока ни одного из них не найдено. Возможно, впрочем, что вещество это было уловлено гравитацией более массивных тел – Солнца или Юпитера.

В любом случае, самой точной проверкой этой гипотезы может стать анализ вещества, поднятого с границы мантии и коры ближе к поверхности теми же мантийными плюмами. Его состав может оказаться близким либо к составу хондритов, либо к модели «коллизионной эрозии», предложенной австралийцами.