Ученые обнаружили прямые доказательства существования Протоземли возрастом 4,5 миллиарда лет

Международная команда исследователей под руководством Массачусетского технологического института обнаружила первые прямые свидетельства существования Протоземли — планетарного эмбриона, существовавшего до гигантского столкновения, которое сформировало нашу нынешнюю Землю и Луну. Это открытие переписывает ранние главы истории образования планет и публикуется в журнале Nature Geosciences.

Что такое Протоземля?

Протоземля была примитивной планетой, вероятно представлявшей собой адский мир, покрытый океаном магмы. Её судьба резко изменилась менее чем через сто миллионов лет после формирования, когда объект размером с Марс, известный как Тейя, столкнулся с ней. Это событие, называемое "гигантским ударом", испарило, расплавило и полностью перемешало внутренности молодой планеты, кардинально изменив её химический состав.

До недавнего времени считалось, что любые следы первоначального материала были стерты в результате этого катастрофического воздействия. Однако новое исследование показывает, что некоторые фрагменты древней Земли сохранились.

Открытие калийного аномального сигнала

Исследователи обнаружили уникальную химическую подпись — аномалию в соотношении изотопов калия — в древних породах Гренландии и Канады, а также в глубинных лавах гавайских вулканов. Эта аномалия представляет собой незначительный, но измеримый дефицит калия-40 по сравнению с преобладающим составом современной Земли.

Почему именно калий?

Калий имеет три естественных изотопа: калий-39, калий-40 и калий-41. Предыдущие исследования той же группы показали, что некоторые метеориты демонстрируют дисбаланс в пропорциях этих изотопов, отличающийся от стандартного земного состава. Калий стал потенциальным химическим индикатором, позволяющим отслеживать оригинальные строительные блоки нашей планеты.

Методом тщательного химического анализа исследователи растворяли порошкообразные образцы в кислоте, изолировали калий от других элементов и использовали высокоточный масс-спектрометр для измерения соотношения каждого из трёх изотопов. Результаты оказались однозначными: самые древние породы и глубокие лавы демонстрировали последовательный дефицит калия-40.

Моделирование подтверждает гипотезу

Чтобы подтвердить происхождение найденного аномального сигнала, учёные провели сложные вычислительные симуляции. Они начали с предположения, что Протоземля изначально состояла из материалов с дефицитом калия-40. Затем смоделировали, как гигантское столкновение и последующее бомбардирование метеоритами (с известным составом) химически изменяло бы этот первобытный материал, постепенно обогащая его калием-40 до современного стандарта.

Симуляции подтвердили гипотезу: остатки, обнаруженные в Гренландии, Канаде и Гавайях, избежали процесса гомогенизации, сохранившись в химически изолированных карманах земной мантии на протяжении миллиардов лет.

Новые загадки происхождения Земли

Интересно, что специфическая изотопная сигнатура, обнаруженная в глубоких породах, не совпадает ни с одним проанализированным до сих пор метеоритом. Это означает, что конкретные строительные блоки, образовавшие Протоземлю — те, которые обладали этим особым дефицитом калия-40 — либо ещё не обнаружены, либо больше не существуют как самостоятельные тела в Солнечной системе.

По словам профессора Николы Ние, ведущего автора исследования, "это экстраординарно, потому что мы ожидали, что эта первозданная подпись медленно стирается в процессе эволюции планеты".

Открытие свидетельствует о том, что современное понимание происхождения Земли неполно. Текущие коллекции метеоритов не охватывают весь спектр строительных блоков, из которых образовалась наша планета. Исследование открывает новую главу в поисках полного рецепта Земли — будь то в самых отдалённых уголках Солнечной системы или в труднодоступных глубинах нашего собственного мира.

Это открытие не только переписывает наши представления о ранних этапах формирования планет, но и поднимает новые вопросы о происхождении и составе нашей собственной планеты, предлагая захватывающие перспективы для будущих исследований в области геологии и космохимии.