Новое исследование бросает вызов господствующей теории о том, что уникальная природа земного железа была результатом того, как ее ядро сформировалось миллиарды лет назад.
Исследование открывает двери для конкурирующих теорий о том, почему уровни некоторых тяжелых форм железа, известных как изотопы, на Земле выше, чем в других телах Солнечной системы. Преобладающее мнение приписывает аномальный состав железа Земли образованию ядра планеты. Но исследование, опубликованное 20 февраля в Nature Communications, предполагает, что своеобразная изотопная сигнатура железа развилась позже в истории Земли, возможно, созданная столкновением между Землей и другим планетным телом, которое испарило более легкие изотопы железа, или взбалтыванием мантии Земли, рисуя непропорциональное количество тяжелых изотопов железа в земной коре из ее мантии.
Железо является одним из самых распространенных элементов в Солнечной системе, и его понимание является ключом к выяснению того, как сформировались Земля и другие небесные тела. Исследователи сравнили соотношение более тяжелого изотопа железа Fe-56 и более легкого Fe-54 для земных и внеземных пород, в том числе лунных, марсианских и древних метеоритов. Они обнаружили, что это соотношение значительно выше для земных пород, чем для внеземных пород, все из которых имеют одинаковое соотношение. Их исследование пытается объяснить, как это произошло.
«Формирование ядра Земли было, вероятно, самым большим событием, повлиявшим на историю Земли», - сказал Юнг-Фу Лин, профессор геолого-геофизических наук Техасского университета в Остине и соавтор статьи.«В этом исследовании мы говорим, что у этой изотопной аномалии железа должно быть другое происхождение, кроме земного образования».
Соавтор Николя Дофас, профессор геофизических наук Университета Чикаго имени Луиса Блока, назвал исследование новаторским «из-за синтеза проанализированных материалов, техники проведения измерений и обработки данных».
Авторы воссоздали высокое давление, которое характеризовало условия на Земле во время формирования ее ядра. Для этого исследователи использовали ячейку с алмазной наковальней - устройство, способное воссоздавать давление, существующее глубоко внутри планет, - и смогли синтезировать процессы, которые в противном случае были бы неразличимы.
«Ячейка с алмазной наковальней использовалась таким образом и раньше, но трудность заключается в получении правильных цифр», - сказал Дофас. «Это требует большой осторожности при сборе и обработке данных, потому что сигнал, который испускает алмазная наковальня, очень мал. Чтобы разобраться в измерениях, нужно использовать сложные математические методы, и для этого понадобилась команда мечты».
Эксперимент стремился показать, что высокие уровни тяжелых изотопов железа в мантии Земли, вероятно, возникли во время формирования ядра Земли. Но измерения показывают, что это не работает, «поэтому решение этой загадки нужно искать в другом месте», - сказал Дофас.
Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять формирование ядра и причины уникальной сигнатуры изотопов железа Земли.