Цивилизация
Вскоре после формирования Луны Земля некоторое время подвергалась бомбардировке небольших планет и так называемых планетезималей. К таким выводам пришла команда ученых, которые провели численное моделирование раннего периода формирования нашей планеты.
В работе, опубликованной в журнале Nature Geoscience, ученые из Юго-западного исследовательского института в Колорадо под руководством Саймона Марчи применили так называемый метод гидродинамики сглаженных частиц.
Этот широко распространенный вычислительный метод расчета движения жидкостей и газов применяется в различных областях науки – от баллистики и астрофизики, до океанографии.
Используя этот метод, ученые смоделировали довольно бурный с точки зрения столкновений период формирования Земли, начавшийся вскоре после образования Луны – так называемую позднюю аккрецию. Согласно современным представлениям,
Луна образовалась порядка 4,5 млрд лет назад в результате столкновения протоземли с другой планетой размером примерно с Марс.
В последующую эпоху Земля подвергалась бомбардировке небесными телами, называемыми планетезималями, которыми была богата молодая Солнечная система, и которые за счет притягивания к себе нового материала становились зародышами будущих планет. Они остались со времен формирования Солнечной системы и могли варьироваться в размерах от песчинки до огромных тел диаметром более 3 тыс. километров.
Планетезимали играют важную роль в процессе формирования планет, не только выступая в роли строительного материала, из которого складываются их массы, но привнося в их состав так называемые сидерофильные элементы (от греч. sideros — железо и phileo — люблю) — группы переходных элементов, относящихся в основном к VIII группе периодической системы Mенделеева (железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина, a также молибден и рений), которые вместе c железом участвуют в сложении ядер планет.
В эту же группу обычно включают золото и серебро.
Прежние расчеты показывали, что по мере бомбардировки Земли подобными объектами вещества, содержавшиеся в них, в том числе сидерофильные элементы, равномерно распределялись в составе земной мантии. Вещество, привнесенное планетезималями, таким образом должно было составлять всего полпроцента от общей массы современной Земли.
Расчеты Марчи, однако, выявили, что на самом деле эта доля была существенно выше и могла составлять до пяти процентов от массы Земли.
«Мы смоделировали массивные соударения и то, как металлы и силикаты проникали в Землю во время поздней аккреции, — пояснил Марчи. – Основываясь на наших расчетах, привнесенная планетезималями масса могла быть существенно больше, чем считалось ранее, что имело важные последствия для ранней эволюции нашей планеты».
Ученые сконцентрировали свое внимание на самых крупных из прилетавших на землю объектах – с размерами от 1400 до 4400 километров и средней плотностью 4 тонны на кубометр. Дело в том, что такие тяжелые объекты должны иметь дифференцированную структуру –
железное ядро и покрывающие его более легкую по плотности силикатную оболочку.
Чтобы понять, к чему приводит столкновение подобных тел со сформировавшейся планетой, ученые просчитали в своих вычислениях различные углы ударов и широкий диапазон скоростей. Расчеты показали, что зачастую планетезимали не разрушались сразу при ударе о поверхность.
Наоборот, тяжелые железные центры этих тел, вместе сидерофильными элементами пробивают мантию планеты и продолжают движение до столкновения с ядром планеты, увеличивая за счет этого его массу.
Этот сценарий, уверены ученые, способен объяснить, почему наблюдаемое в наши дни на Земле распределение силикатов и других элементах не равномерно.
«Эти вычисления также могут объяснить наличие изотопных аномалий в таких древних земных породах, как коматиты (вулканическая порода), — считает соавтор работы Робин Кануп. – Эти аномалии было трудно объяснить моделями, предполагавшими быстрое перемешивание мантии Земли после гигантских ударов».
Эти неоднородности вместе с неоднородностями содержания вольфрама, еще одного сидерофильного элемента, могут и сегодня рассказать ученым о размерах и скоростях ударявших Землю в прошлом крупных тел.