Столкновение Земли с объектом размером с Луну: секрет появления золота и платины в мантии Земли

В новом исследовании ученые обнаружили геофизически правдоподобный сценарий, объясняющий изобилие драгоценных металлов, таких как золото и платина, в мантии Земли. Исследование, проведенное под руководством д-ра Дзюна Коренаги из Йельского университета в сотрудничестве с д-ром Симоне Марчи из Юго-Западного исследовательского института, предполагает, что перемешивание мантийных материалов под воздействием ударной волны может препятствовать погружению этих металлов в ядро Земли.

Ранняя история Земли

Примерно 4,5 млрд. лет назад Земля испытала мощное столкновение с планетой размером с Марс, в результате которого из обломков, выброшенных на орбиту Земли, образовалась Луна. За этим событием последовал период интенсивной бомбардировки, известный как "поздняя аккреция", в течение которого планетезимали, некоторые из которых были размером с Луну, сталкивались с Землей и приносили различные материалы, включая высокосидерофильные элементы (ВСС) - металлы с сильным сродством к железу.

Прежние представления в сравнении с новыми идеями

Предыдущее моделирование ударов, проникающих в мантию Земли, показало, что только небольшая часть металлического ядра планетезималей может быть ассимилирована мантией, а большая часть этих металлов, включая HSE, быстро стекает в ядро Земли. В связи с этим возникает вопрос о том, как Земля получает свои драгоценные металлы. Для решения этой проблемы исследователи разработали новое моделирование, объясняющее состав металлов и пород современной мантии.

Металло-мантийная перекройка

Исследователи предлагают геофизически правдоподобное объяснение изобилия HSE-металлов в мантии Земли. В период бомбардировки на Землю обрушивались импакторы, которые доставляли материалы. Сначала жидкие металлы опускались в локально образовавшийся в результате удара океан магмы, а затем просачивались в частично расплавленную зону под ним. В результате сжатия металлы в расплавленной зоне затвердевают и оседают. Наконец, тепловая конвекция перемешивает и перераспределяет пропитанные металлами компоненты мантии в течение длительного геологического времени.

Как HSE остаются в мантии

Относительное обилие HSE в мантии позволяет предположить, что они были доставлены туда в результате ударных воздействий после формирования ядра Земли. Однако понять, как эти элементы остались в мантии, было непросто. В новом моделировании рассматривалась частично расплавленная зона под локальным океаном магмы, порожденным ударом, которая могла остановить спуск планетезимальных металлов в ядро Земли.

"Для этого мы смоделировали смешение импактного планетезималя с мантийными материалами в трех текучих фазах: твердые силикатные минералы, расплавленная силикатная магма и жидкий металл", - пояснил д-р Коренага. "Быстрая динамика этой трехфазной системы в сочетании с длительным перемешиванием, обеспечиваемым конвекцией в мантии, позволяет удерживать HSE планетезималей в мантии".

Данное исследование дает важнейшее представление о происхождении и распределении благородных металлов в мантии Земли. Поняв, как эти металлы сохранились в мантии, ученые смогут глубже изучить процессы, формировавшие состав нашей планеты, и, возможно, открыть новые методы добычи этих ценных ресурсов.

Д-р Марчи подчеркивает важность этого исследования: "Данное исследование не только проливает свет на обилие драгоценных металлов в мантии Земли, но и позволяет по-новому взглянуть на процесс эволюции нашей планеты. Оно открывает перспективы для будущих исследований, которые позволят лучше понять раннюю историю Земли и процессы, сформировавшие ее.