Первая научная попытка соединить физику и химию для объяснения формирования Земли
Учёные сделали значительный шаг в понимании формирования нашей планеты, объединив принципы гидродинамики и химии. Профессор Шарль-Эдуард Букаре из Йоркского университета, совместно с коллегами из Парижа, представили результаты своего исследования в авторитетном журнале *Nature*, которые кардинально меняют наши представления о первых ста миллионах лет истории Земли.
Новое исследование сосредоточено на образовании нижней мантии — каменистой оболочки, окружающей железное ядро. Выяснено, что её структура начала формироваться около 4 миллиардов лет назад, вскоре после появления планеты. Мантия, представляющая собой толстый и горячий слой между земной корой и ядром, оказывает влияние на охлаждение ядра, в котором формируется магнитное поле нашей планеты. Это магнитное поле служит первым защитным экраном от солнечной радиации, и понимание структуры мантии играет ключевую роль в дальнейших исследованиях эволюции Земли.
Букаре, сравнивая молодые планеты с детьми, описывает их как полных энергии и склонных к радикальным изменениям. В отличие от «взрослых» планет, у которых активность со временем уменьшается, молодые планеты задают динамичный тон на протяжении своей эволюции.
Для анализа этих ранних периодов учёные разработали модель, основанную на многофазном потоке — методе, который демонстрирует, как расплавленная магма превращается в твёрдую породу на планетарном уровне. Это можно представить как процесс затвердевания лавы в ходе вулканического извержения, только с масштабом, охватывающим всю планету.
Полученные результаты модели показали, что когда мантия Земли переходила из расплавленного состояния в твёрдое, большая часть кристаллов формировалась при низком давлении. Этот факт ставит под сомнения традиционные представления о том, что кристаллизация происходила преимущественно в условиях высокого давления на больших глубинах. «Ранее считалось, что химия нижней мантии связана исключительно с высокими давлениями. Теперь мы знаем, что процессы при низких давлениях также критически важны», — уточняет Букаре.
Исследование также подтверждает наличие базального магматического океана в первые сотни миллионов лет, когда плотная, богатая железом магма оседала ближе к ядру планеты. По аналогии с тем, как густой сироп оседает на дно стакана с водой, именно этот процесс стал определяющим для формирования современной структуры нижней мантии Земли.
Понимание этих процессов не только обновляет научные теории о формировании каменистых планет, но также может иметь широкие последствия для астрофизики и планетарных наук. По последним данным, такие исследования, раскрывающие тайны планетарной эволюции, могут помочь учёным предсказать характеристики экзопланет и объяснить их магнитные поля, что, в свою очередь, имеет важное значение для поиска жизни за пределами Земли.
