Объединение физики и химии: новое понимание формирования Земли
Ученые из Йоркского университета (США) во главе с профессором Шарлем-Эдуаром Букаре, совместно с коллегами из Парижа, сделали прорыв в понимании ранней истории Земли, представив результаты своего исследования в авторитетном журнале Nature. Их работа существенно меняет представление о том, как планета сформировалась в течение первых ста миллионов лет своего существования.
Статья утверждает, что новая методология, сочетающая принципы гидродинамики — науки, исследующей движение жидкостей, и химии, позволяет более глубоко понять, как происходили изменения в нижней мантии Земли, облаке каменистых пород, окружающих железное ядро. Согласно результатам исследования, структура этой мантии начала формироваться более 4 миллиардов лет назад, вскоре после образования планеты.
Нижняя мантия, расположенная ближе к ядру Земли, играет критическую роль в процессе охлаждения ядра, где формируется магнитное поле нашей планеты, защищающее ее от воздействия солнечной радиации. По словам Букаре, понимание структуры мантии и процессов, происходивших в ранние геологические эпохи, может дать важную информацию о эволюции Земли и аналогичных планет.
Профессор проводит аналогию между молодыми планетами и детским возрастом: «У них много энергии, и они делают сумасшедшие вещи. В отличие от взрослых, чья активность со временем снижается, юные планеты бурлят и меняются». Это описывает динамичную природу формирования планет в их ранний период.
Исследование сосредоточено на многофазном потоковом процессе, методе, который демонстрирует, как расплавленная магма затвердевает на геологическом уровне. Ученые создали модель, позволяющую представлять, как лава застывает после вулканического извержения, но в масштабах целой планеты. Модель показала, что во время перехода мантии из расплавленного состояния в твердое, большинство кристаллов образуется при низком давлении, что в корне изменяет понимание химического состава мантии.
Без прецедентов результаты Букаре ставят под сомнение существующие теории, основанные на высоких давлениях. «Раньше считалось, что химия нижней мантии связана исключительно с реакциями при высоком давлении. Теперь стало очевидно, что процессы при низком давлении также играют значительную роль», — указывает профессор.
Исследование также делает вывод о том, что в начале формирования Земли плотная, богатая железом магма оседала к ядру, создавая базальный магматический океан. Это можно представить как густой сироп, опускающийся на дно стакана с водой. Данный процесс, по мнению ученых, стал определяющим для формирования современной структуры нижней мантии.
Подобные открытия подчеркивают важность междисциплинарных исследований в геонауках и, возможно, помогут в дальнейшем понимании не только нашей планеты, но и других небесных тел в Солнечной системе и за ее пределами. Так, продолжая изучение процессов формирования планет, ученые могут получить ключ к разгадке многих оспариваемых вопросов о структуре и эволюции космических объектов.
