Fragmenty starověké planety nalezené v plášti Země

Vědci zjistili, že hluboký plášť Země může obsahovat kusy starověké planety Theia, což nabízí nový pohled na původ Měsíce a formování Země. Mezioborový mezinárodní výzkumný tým nedávno objevil, že masivní anomálie hluboko v nitru Země může být pozůstatkem srážky před 4,5 miliardami let, která vedla ke vzniku Měsíce. Tento výzkum nabízí důležité nové poznatky nejen o vnitřní struktuře Země, ale také o jejím dlouhodobém vývoji a formování vnitřní Sluneční soustavy. Studie, která se opírala o výpočetní metody dynamiky tekutin, které propagoval profesor Hongping Deng ze Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) Čínské akademie věd, byla publikována v časopise Nature 2. listopadu 2023.

Záhada formování Měsíce
Vznik Měsíce je trvalou záhadou pro několik generací vědců. Převládající teorie naznačovala, že během pozdních fází růstu Země přibližně před 4,5 miliardami let došlo mezi prvotní Zemí a protoplanetou o velikosti Marsu známou jako Theia k masivní srážce – označované jako „obří impakt“. Předpokládá se, že Měsíc vznikl z trosek vytvořených touto srážkou. Numerické simulace ukázaly, že Měsíc pravděpodobně zdědil materiál primárně od Theie, zatímco Země byla díky své mnohem větší hmotnosti kontaminována materiálem vetřelce jen mírně.

Vzhledem k tomu, že prvotní Země a Theia byly relativně nezávislé útvary a skládaly se z různých materiálů, teorie navrhla, že Měsíc a Země by měly mít odlišné složení. Vysoce přesná měření izotopů však později odhalila, že složení Země a Měsíce jsou pozoruhodně podobné, což zpochybnilo konvenční teorii vzniku Měsíce. I když byly následně navrženy různé rafinované modely obřího dopadu, všechny čelily problémům.

Odhalení záhad zemského pláště
Pro další upřesnění teorie vzniku Měsíce začal profesor Deng v roce 2017 provádět výzkum jeho formování. Zaměřil se na vývoj nové výpočetní metody dynamiky tekutin nazvané Meshless Finite Mass (MFM), která vyniká v přesném modelování turbulence a míchání materiálů.

Pomocí tohoto nového přístupu a provádění četných simulací obřího dopadu profesor Deng zjistil, že raná Země vykazovala po dopadu stratifikaci pláště, přičemž horní a spodní plášť měly různé složení. Konkrétně horní plášť představoval magmatický oceán, vytvořený důkladným smícháním materiálu ze Země a Theie, zatímco spodní plášť zůstal z velké části pevný a zachoval si materiálové složení Země. „Předchozí výzkum kladl nadměrný důraz na strukturu disku trosek (předchůdce Měsíce) a přehlížel dopad obří kolize na ranou Zemi,“ řekl Deng.

LLVP a dědictví Theie
Po diskusích s geofyziky ze Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu si profesor Deng a jeho spolupracovníci uvědomili, že toto zvrstvení pláště by mohlo přetrvávat až do současnosti, což odpovídá globálním seismickým odražečům ve středním plášti (nacházejícím se asi 1000 km pod jeho povrchem). Konkrétně celému spodnímu plášti Země může stále dominovat materiál protoZemě, který má jiné elementární složení (včetně vyššího obsahu křemíku) než svrchní plášť, jak vyplývá z předchozí studie profesora Denga.

„Naše zjištění zpochybňuje tradiční představu, že obří dopad vedl k homogenizaci rané Země,“ řekl profesor Deng. „Místo toho se zdá, že obří srážka vedoucí ke vzniku Měsíce je původcem heterogenity raného pláště a představuje výchozí bod pro geologický vývoj Země v průběhu 4,5 miliardy let.“

Dalším příkladem heterogenity zemského pláště jsou dvě anomální oblasti – nazývané velké nízkorychlostní pole (LLVP) – která se táhnou tisíce kilometrů u základny pláště. Jedno se nachází pod africkou tektonickou deskou a druhé pod tichomořskou tektonickou deskou. Když seismické vlny procházejí těmito oblastmi, jejich rychlost se výrazně snižuje. LLVP mají významné důsledky pro vývoj pláště, separaci a agregaci superkontinentů a struktury tektonických desek Země. Jejich původ však zůstal záhadou.

Qian Yuan z Kalifornského technologického institutu se spolupracovníky navrhl, že LLVP se mohly vyvinout z malého množství materiálu Theie, který vstoupil do spodního pláště Země. Následně pozvali profesora Denga, aby prozkoumal distribuci a stav tohoto materiálu v hluboké Zemi po obřím impaktu.

Prostřednictvím hloubkové analýzy předchozích simulací obřího nárazu a prováděním přesnějších nových simulací výzkumný tým zjistil, že značné množství materiálu pláště původem z Theie, přibližně dvě procenta hmotnosti Země, vstoupilo do spodního pláště naší planety.

Profesor Deng poté pozval počítačového astrofyzika Jacoba Kegerreise, aby potvrdil tento závěr pomocí tradičních metod hydrodynamiky (SPH). Výzkumný tým také vypočítal, že tento materiál pláště původem z Theie, podobný měsíčním horninám, je obohacen železem, díky čemuž je hustší než okolní materiál Země. V důsledku toho rychle klesl na dno pláště a v průběhu dlouhodobé konvekce pláště vytvořil dvě výrazné oblasti LLVP. Tyto LLVP zůstaly stabilní po 4,5 miliardy let geologického vývoje.

Povrchové projevy starověké heterogenity
Heterogenita v hlubokém plášti, ať už v seismických odražečích středního pláště nebo LLVP na základně naznačuje, že nitro Země má daleko k jednotnému systému. Ve skutečnosti mohou být malá množství hluboce zakořeněné heterogenity vynesena na povrch vlečkami pláště – válcovitými stoupajícími tepelnými proudy způsobenými konvekcí pláště – jako jsou ty, které pravděpodobně vytvořily Havaj a Island.

Například geochemici studující poměry izotopů vzácných plynů ve vzorcích islandského čediče zjistili, že tyto vzorky obsahují složky odlišné od typických povrchových materiálů. Tyto složky jsou zbytky heterogenity v hlubokém plášti staré více než 4,5 miliardy let a slouží jako klíč k pochopení počátečního stavu Země a dokonce i vzniku blízkých planet.

Představa univerzální aplikace
Qian Yuan říká: „Prostřednictvím přesné analýzy širší škály vzorků hornin v kombinaci s dokonalejšími modely dopadu těles a modely vývoje Země můžeme odvodit materiálové složení a orbitální dynamiku prvotní Země a Theie.“ To nám umožňuje vymezit celou historii formování vnitřní Sluneční soustavy.

Profesor Deng vidí v současné studii ještě širší roli: „Tento výzkum dokonce poskytuje inspiraci pro pochopení vzniku a obyvatelnosti exoplanet mimo Sluneční soustavu.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/deep-earth-discovery-fragments-of-ancient-planet-found-in-mantle/

autor: František Martinek