Ученые из Оксфордского университета пролили новый свет на то, как впервые сформировалась Земля.
Основываясь на наблюдениях за новообразованными звездами, ученые знают, что Солнечная система начиналась как диск из пыли и газа, окружавший центрально растущее солнце. Газ конденсировался в твердые тела, которые накапливались в более крупные твердые тела, такие как астероиды и мини-планеты. В течение 100 миллионов лет эти мини-планеты сталкивались друг с другом и постепенно накапливались в планеты, которые мы видим сегодня, включая Землю..
Хотя широко известно, что Земля формировалась постепенно из гораздо меньших тел, многие процессы, связанные с формированием нашей растущей планеты, менее ясны. В новом исследовании, представленном на обложке последнего издания журнала Nature, исследователи из отдела наук о Земле Оксфордского университета распутывают некоторые из этих процессов, показывая, что мини-планеты, добавленные к Земле, ранее подвергались плавлению и испарению. Они также решают еще одну научную загадку: истощение Земли многими экономически важными химическими элементами.
Хорошо известно, что Земля сильно обеднена по отношению к Солнечной системе в целом теми элементами, которые конденсировались из раннего газового диска при температурах ниже 1000°С (например, свинец, цинк, медь, серебро, висмут и олово). Обычное объяснение состоит в том, что Земля росла без этих летучих элементов, а небольшое количество тел астероидного типа было добавлено позже. Эта идея, однако, не может объяснить «избыток» некоторых других элементов, в частности, индия, который сейчас используется в полупроводниковых технологиях, а также в экранах телевизоров и компьютеров..
Аспирант Эшли Норрис и Бернард Вуд, профессор минералогии Оксфордского факультета наук о Земле, решили раскрыть причины истощения этих летучих элементов на Земле и «переизбытка» индия. Они построили печь, в которой контролировали температуру и атмосферу, чтобы имитировать низкую степень окисления очень ранней Земли и планетезималей. В определенной серии экспериментов они плавили горные породы при температуре 1300°C в условиях с низким содержанием кислорода и определяли, как различные летучие элементы испарялись из расплавленной лавы.
В ходе экспериментов каждый из интересующих элементов испарялся в разной степени. Образцы лавы затем быстро охлаждали, а закономерности потери элементов определяли химическим анализом. Анализ показал, что относительные потери (летучести), измеренные в экспериментах с расплавленной лавой, очень точно согласуются с моделью истощения, наблюдаемой на Земле. В частности, летучесть индия в точности согласуется с его наблюдаемым содержанием на Земле - его содержание, оказывается, не является аномалией.
Профессор Бернард Вуд сказал: «Наши эксперименты показывают, что модель истощения летучих элементов в Земле была установлена реакцией между расплавленной породой и бедной кислородом атмосферой. Эти реакции могли произойти на ранних планетезималях, приросших к Земле, или, возможно, во время гигантского удара, сформировавшего Луну и, как полагают, вызвавшего крупномасштабное таяние нашей планеты».
Сосредоточив свои первоначальные эксперименты на 13 ключевых элементах, команда изучает, как другие элементы, такие как хлор и йод, ведут себя в тех же условиях.
Эшли Норрис сказала: «Наша работа показывает, что интерпретация моделей истощения летучих веществ на планетах земной группы должна быть сосредоточена на экспериментальном измерении летучести элементов».