Астрономія
Астрономія

Ізотопи заліза з давньої породи вказали на первісний океан магми на Землі

Дослідники проаналізували ізотопи заліза у базальтовій породі віком 3,7 мільярдів років та виявили підвищений вміст важких ізотопів. У своїй статті в журналі Science Advances вони роблять висновок, що ця порода походить з глибоких шарів первісного океану магми на поверхні Землі.

Tim Bertelink / Wikimedia Commons

Tim Bertelink / Wikimedia Commons

Коли поверхня Землі була розплавленою?

Під час формування Земля переживала зіткнення з масивними тілами та розплавлення поверхні. Так, після удару, який створив Місяць, на планеті утворився океан магми, який згодом охолов і кристалізувався. Проте перевірити це за допомогою геологічних спостережень важко. Ключовим записом цього етапу історії Землі є скупчення кристалів та залишкового захопленого розплаву. Деякі з цих структур могли залишитися ізольованими від конвективних процесів, які переживала більша частина мантії Землі. Таким чином, рідкісні базальти, які утворилися завдяки мантійним потокам (плюмам), можуть зберігати особливі «первинні» геохімічні ознаки. Геофізичні спостереження за великими областями з низькою та наднизькою швидкістю зсуву свідчать про те, що в основі нижньої мантії існують термохімічні утворення, які відрізняються від навколишньої мантії. Потенційно вони можуть бути залишками ранньої кристалізації океану магми. Однак склад, мінералогія та походження цього матеріалу залишаються невизначеними. Таким чином, щоб дізнатися більше про кристалізацію океану магми на ранній Землі, необхідно шукати матеріали, які походять саме з нижніх шарів мантії.

Що досліджували вчені?

Залізо вбудовується у верхню та нижню мантію. Теоретичні та експериментальні дослідження передбачають, що ізотопно «важке» залізо, тобто високе відношення ізотопів заліза-57 до ізотопів заліза-54, може бути пов'язаним з такими породами як бриджманіт та феропериклаз, що походять з нижніх мантійних шарів. Дослідники вирішили проаналізувати ізотопи заліза у базальтових породах з формації Ісуа, Гренландія. Їхній вік складає 3,7 мільярдів років, а попередні дослідження виявили, що ці породи можуть походити з глибоких шарів мантії.

Що показали результати?

Виявилося, що порода з формації Ісуа містить два різних компоненти мантії. Перший компонент представляє собою виснажену верхню мантію, а інший, з важкими ізотопами заліза — суміш верхньої та нижньої мантії. Дослідники припускають, що нижній компонент мантії — це затверділий розплав, що утворився з розплавів бриджманіту та перовскіту під час ранньої кристалізації океану магми. Згодом він потрапив у верхню мантію, можливо, внаслідок окремої події плавлення. Таким чином, зразки породи з цієї формації є залишками кристалізації океану магми, що утворилися протягом перших 45 мільйонів років історії Землі.

великими областями з низькою та наднизькою швидкістю зсуву
Великі структури у нижній частині мантії, що прилягають до зовнішнього ядра