|
Ученые рассказали о ранней эволюции скалистых планет
|
|
|
|
Новое исследование НАСА раскрывает удивительный способ формирования планетарных ядер, который может изменить представления ученых о ранней эволюции скалистых планет, таких как Марс. Исследование, проведенное группой начинающих ученых и исследователей с большим стажем из отдела научных исследований астроматериалов (ARES) Космического центра имени Джонсона НАСА в Хьюстоне, представляет собой первое прямое экспериментальное и геохимическое доказательство того, что расплавленный сульфид, а не металл, может просачиваться сквозь твердую породу и образовывать ядро — еще до того, как начнет плавиться силикатная мантия планеты. Эта работа опубликована в журнале Nature Communications.
|
|
|
|
В течение десятилетий ученые полагали, что для формирования ядра требуется крупномасштабное плавление планетарного тела, за которым следуют тяжелые металлические элементы, оседающие в центре. Это исследование представляет новый сценарий, особенно актуальный для планет, формирующихся дальше от Солнца, где серы и кислорода больше, чем железа.
|
|
|
|
В этих богатых летучими веществами средах сера ведет себя подобно дорожной соли на обледенелой улице - она снижает температуру плавления, вступая в реакцию с металлическим железом с образованием сульфида железа, который может мигрировать и объединяться в ядро. До сих пор ученые не знали, может ли сульфид проникать сквозь твердую породу в реальных условиях формирования планеты.
|
|
|
|
|
|
|
Результаты исследования дали исследователям возможность непосредственно наблюдать за этим процессом с помощью 3D-изображений высокого разрешения, подтверждая давние модели того, как может происходить формирование керна в результате просачивания, при котором плотный жидкий сульфид проникает через микроскопические трещины в твердой породе.
|
|
|
|
"На полных 3D-изображениях мы могли наблюдать, как сульфидные расплавы перемещаются по экспериментальному образцу, просачиваясь в трещины между другими минералами", - сказал доктор Сэм Кроссли из Университета Аризоны в Тусоне, который руководил проектом в то время, когда был научным сотрудником в отделе ARES НАСА Джонсона.
|
|
|
|
"Это подтвердило нашу гипотезу о том, что в планетарных условиях эти плотные расплавы мигрировали бы к центру тела и образовывали ядро еще до того, как окружающие породы начали плавиться".
|
|
|
|
Воссоздание условий формирования планет в лаборатории требовало не только точности экспериментов, но и тесного сотрудничества между начинающими учеными со всего АРЕСА для разработки новых способов наблюдения и анализа результатов. Высокотемпературные эксперименты были сначала проведены в лаборатории экспериментальной петрологии, после чего полученные образцы - или "готовые продукты" — были доставлены в лабораторию рентгеновской компьютерной томографии (XCT) НАСА имени Джонсона для получения изображений.
|
|
|
|
Ученый-рентгенолог и соавтор исследования доктор Скотт Экли (Scott Eckley) из Amentum в NASA Johnson использовал XCT для получения 3D-изображений с высоким разрешением, позволяющих выявить очаги расплавления и пути течения в образцах в микроскопических деталях. Эти визуализации позволили получить представление о физическом поведении материалов на ранних стадиях формирования керна без разрушения образца.
|
|
|
|
Трехмерная рентгеноструктурная визуализация первоначально подтвердила, что сульфидные расплавы могли просачиваться сквозь твердую породу в экспериментальных условиях, но это само по себе не могло подтвердить, происходило ли образование перколяционного ядра более 4,5 миллиардов лет назад. Для этого исследователи обратились к метеоритам.
|
|
|
|
"Мы сделали следующий шаг и занялись поиском судебно-химических свидетельств проникновения сульфидов в метеориты", - сказал Кроссли. "Частично расплавив синтетические сульфиды с примесью металлов платиновой группы, мы смогли воспроизвести те же необычные химические закономерности, которые были обнаружены в богатых кислородом метеоритах, что является убедительным доказательством того, что просачивание сульфидов происходило в таких условиях на заре Солнечной системы".
|
|
|
|
Чтобы понять распределение микроэлементов, соавтор исследования доктор Джейк Сетера, также из Amentum, разработал новый метод лазерной абляции для точного определения содержания металлов платиновой группы, которые концентрируются в сульфидах и металлах.
|
|
|
|
"Работа над этим проектом подтолкнула нас к творческому подходу", - сказал Сетера. "Чтобы подтвердить то, что показали нам 3D-визуализации, нам нужно было разработать соответствующий метод лазерной абляции, который позволил бы определить содержание элементов платиновой группы в этих сложных экспериментальных образцах. Было интересно наблюдать, как оба потока данных сходятся в одной и той же истории".
|
|
|
|
В сочетании с геохимическим анализом, проведенным компанией Setera, эти данные предоставили убедительные независимые доказательства того, что расплавленный сульфид мигрировал и сливался в твердых недрах планеты. Это двойное подтверждение стало первой прямой демонстрацией процесса в лабораторных условиях.
|
|
|
|
Это исследование позволяет по-новому взглянуть на геохимию планеты. Марс, в частности, демонстрирует признаки раннего формирования ядра, но хронология этого процесса озадачивала ученых в течение многих лет. Новые результаты показывают, что ядро Марса, возможно, сформировалось на более ранней стадии, благодаря своему богатому серой составу, что, возможно, не потребовало полномасштабного таяния, которое испытала Земля. Это может помочь объяснить давние загадки в геохимической истории Марса и ранней дифференциации.
|
|
|
|
Полученные результаты также поднимают новые вопросы о том, как ученые датируют события формирования керна, используя радиогенные изотопы, такие как гафний и вольфрам. Если во время формирования планеты серы и кислорода было больше, чем ожидалось, некоторые элементы могут вести себя иначе, чем ожидалось, оставаясь в мантии, а не в ядре, и влияя на геохимические "часы", используемые для оценки планетарного времени.
|
|
|
|
Это исследование расширяет наше понимание того, как планетарные недра могут формироваться в различных химических условиях, открывая новые возможности для интерпретации эволюции таких скалистых тел, как Марс. Объединив экспериментальную петрологию, геохимический анализ и 3D-визуализацию, команда продемонстрировала, как совместные, основанные на нескольких методах подходы могут раскрыть процессы, которые когда-то были только теоретическими.
|
|
|
|
Поскольку НАСА готовится к будущим полетам на Луну, Марс и за их пределы, понимание того, как формируются внутренние поверхности планет, важно как никогда. Исследования, подобные этому, помогают ученым интерпретировать удаленные данные с космических аппаратов, анализировать возвращенные образцы и строить более совершенные модели того, как возникла наша Солнечная система.
|
|
|
|
Источник
|
