Земята се намагнитила, когато погълнала тяло като Меркурий

Поглъщането на протопланета с голямо съдържание на сяра може да обясни две стари загадки от формирането на нашата планета.

Тази ранна закуска може да обясни загадъчния състав на земните слоеве, а и би могла да е причина за възникване на земния магнетизъм, благодарение на който на нашата планета е възникнал и съществува живот.

„Изглежда, с един куршум можем да убием два заека“, казва геохимикът от Оксфордския университет Бърнард Ууд (Bernard Wood), който преди дни е издигнал тази идея в сп. Nature.

Изглежда невероятно, че през 2015 година така и още не знаем по какъв начин се е формирал нашият свят. Но замислете се колко е трудно да надникнем във вътрешността му. Най-дългият и най-труден процес на пробиване така и не е преминал през външната кора на Земята.

Естествените канали на течни породи ни помагат, изхвърляйки на повърхността вещество от дълбокия слой на мантията, и по този начин ни дават възможност да ги изучаваме. Но дори тези канали с дължина стотици километри са прекалено малки, ако се замислим, че центърът на планетата лежи под краката ни на дълбочина 6000 километра.

Затова възникването на историята на Земята малко напомня на опита да се досетим как е направена тортата, ако опитаме нейната глазура и няколко случайни трохи. Налице е широк простор за нови идеи и изследвания.

„Сега е много интересно време за такива занимания – казва геохимикът Ричард Карлсън (Richard Carlson) от вашингтонския институт „Карнеги“. – От изследванията на дълбините на Земята се появяват много факти, които ние не разбираме много добре.“

Традиционната теория за формирането на Земята започва със слепване на космически отломки. Камъни, подобни на твърди метеорити, които продължават да се посипват върху нас и до днес, се съединявали и образували парчета с все по-голям размер. Свиващата се, бомбардирана и нагряваща се купчина отломки и боклук накрая се разтопила, а след това изстинала, формирайки бавно слоеве в продължение на милиарди години.

Изучени през 80-те години на ХХ век „трохи“ помогнали да се потвърди тази теория. С изключение на някои метали от типа на желязото, голяма част от които вероятно са се спуснали в центъра на Земята, земната порода, изглежда, се състои от същите вещества, както и каменните метеорити с хондритна структура.

Но преди около десет години Карлсън открил повод за съмнения, когато сравнил земните и космическите породи с по-съвършени уреди. Неговият колектив изследвал два редки елемента с необичайни наименования и магнитни свойства – това са неодим, влизащ в състава на магнитите, използвани в хибридните автомобили и повечето вятърни турбини, и самарий, който често се прилага в магнитите на слушалките. Учените открили, че в земните образци се съдържа по-малко неодим по отношение на самарий, отколкото в хондритните метеорити.

Това малко разминаване от няколко процента било трудно да се обясни. Възможно е, предположил Карлсън, Земята в процеса на изстиване да е формирала слоевете по-бързо, отколкото сме си мислили по-рано – не за милиарди години, а за десетки милиони. Горният слой, който се образувал бързо, е изчерпал своите запаси от неодим, който се спускал надолу, криейки се дълбоко в мантията. Но никой така и не открил доказателства за съществуването на такъв таен резервоар.

Трудно е да се обясни упоритият стремеж на неодима да изстива в дълбините, като се отчита, че мантията ври като кипяща супа, често изхвърляйки своето съдържание на повърхността във вид на вулкани.

А ако Луната се е появила, когато в Земята се е врязало някое планетарно тяло, както смятат мнозина, то в резултат на топенето от сблъсъка запасът на неодим трябва да се е смесил отново с мантията.

Вместо да се опитват да обяснят изчезването на неодима, втората група учени предложили да се откажем от тази идея. Те си представили земната кора, богата на неодим, която се открива на хондритни породи, станали основа на състава на Земята. Сблъсъците между тези тела трябва да са свалили значителна част от външния слой, поради което количеството на неодим е намаляло.

Но тази гледна точка също си има проблеми. Все още не е открит нито един метеорит, чийто състав да е подобен на отломките от ерозията. Освен това тази свалена обвивка трябва да е завлякла със себе си значителна част от земната топлина. Уранът, торият, и прочие радиоактивни елементи, които, както ни е известно, нагряват нашата планета, също трябва да са се оказали в сваления слой.

„Около 40% от топлоотделящите елементи на Земята трябва да са отлетели в Космоса“, казва геохимикът Ян Кембъл (Ian Campbell) от Австралийския национален университет.

В надеждата да обясни присъствието на критичните елементи Ууд решил да узнае химичния състав на Земята в нейната младост. Той почерпил вдъхновение в една от най-странните планети в нашата Слънчева система – Меркурий.

По химичен състав най-близката до Слънцето планета е адско място, пълно със сяра. Как младата Земя може да е формирала слоевете си, ако е била подобна на Меркурий?

За да отговори на този въпрос, Ууд добавил сяра към сместа елементи, които трябвало да имитират състава на примитивната Земя. Той варил макети на планетата при висока температура, равна на температурата на реактивното гориво, а след това въздействал върху тях с бутало под налягане, превишаващо 15 000 пъти налягането в обикновена тенджера под налягане.

Наситили се със сяра, тези миниатюрни протосветове скривали неодима, формирайки свой слой. Но го криели не в своите мантии, а в ядрата. Застиналият завинаги в ядрото неодим би могъл да обясни аномалията, за която мислел Карлсън. Допълнителният обем сяра може да е попаднал на Земята заедно с небесно тяло от типа на Меркурий, което се е сблъскало с формиращата се Земя на ранния етап от нейното съществуване. Ууд смята, че това тяло е формирало Луната.

„Би ни било необходимо тяло с размери 20–40% от размера на Земята“, казва той. Възможно е също Земята в самото начало да се е формирала от ядро, но състоящо се не от хондрити, а от друг космически боклук с голямо съдържание на сяра. Във всеки случай такъв космически сценарий може да създаде условия за възникването на живота на Земята.

Сярата трябва да е помогнала да се въвлекат в земното ядро уран и торий. Допълнителната топлина от тези радиоактивни елементи е помогнала да се смеси горната част от ядрото и такова активно движение на течния метал може да е породил потоци, които на свой ред са създали магнитното поле.

Илюстрация на взаимодействието на Слънцето с магнитното поле на Земята.
© NASA Goddard Space Flight Center

Без магнетизма морските костенурки и капитаните на кораби не биха могли да се ориентират – и дори да съществуват. Животът на повърхността на планетата би бил невъзможен без защитата, която създава това поле от изстрелваните от Слънцето частици с голяма енергия.

Колегите на Ууд наричат теорията му доста разумна. Но тя далеч не е безспорна и изчерпателна, както и другите истории за възникването на Земята, написани в последните години.

Първо, тези стойности на температури и налягане, които са получили учените в хода на експеримента, макар и да се явяват изключително високи, са далече от условията, съществували във вътрешността на прото-Земята. Второ, изследвания на закономерностите и местата на земетресения на нашата планета са помогнали да се определят пределите на теглото на ядрото. Ако в центъра на Земята има голямо количество сяра, значи ядрото се намира в опасна близост към тези предели.

За да приведе допълнителни доводи в защита на своята гледна точка, Ууд планира да потърси в периодичната таблица други елементи, чието тайнствено изобилие може да обясни добавянето на сяра към първичната смес.

Като се отчита историята на изследванията в тази сфера, ще му се наложи здраво да се потруди, за да убеди скептиците от типа на геохимика Бил Магдъноу (Bill McDonough) от Мерилендския университет. „Струва ми се, че шансовете за истинност на тази хипотеза са много под 50%“, казва той.

Източник: Smithsonian.com