Криптон из мантии раскрыл происхождение Земли из внешней солнечной системы
Более четкую картину того, как сформировалась наша планета, получили ученые при помощи криптона — благородного газа из мантии Земли, собранного в геологических горячих точках Исландии и Галапагосских островов, согласно новому исследованию Калифорнийского университета в Дэвисе, опубликованному 15 декабря в журнале Nature.
Результаты показали, что летучие элементы Земли — такие как углерод, вода и азот, — поступали по мере того, как Земля росла и становилась планетой. Это противоречит популярной теории о том, что летучие элементы Земли были в основном доставлены ближе к концу формирования Земли, когда произошло гигантское столкновение, образовавшее Луну.
Вместо этого изотопы криптона предполагают, что планетезимали из холодной внешней солнечной системы бомбардировали Землю на ранней стадии, за миллионы лет до большого кризиса. Молодая Земля также всасывала пыль и газ из солнечной туманности и подвергалась бомбардировке метеоритами.
«Наши результаты говорят об одновременной доставки летучих веществ из нескольких источников на очень ранней стадии формирования Земли», — сказала научный сотрудник Института Марии Склодовской-Кюри в Цюрихе Сандрин Перон.
Вулканические горячие точки, извергающие лаву в Исландии и на Галапагосских островах, питаются потоками магмы, поднимающимися из самого глубокого слоя мантии, вблизи ее границы с железным ядром Земли. Элементы и минералы в этом глубоком слое относительно не изменились с тех пор, как произошло столкновение с Луной, более 4,4 миллиарда лет назад.
Чтобы взять пробы криптона из глубин мантии, исследователи собрали лаву в шлейфах горячих точек. Ученые разработали новую методику измерения мантийного криптона с помощью масс-спектрометрии, концентрируя криптон из образцов горных пород в среде, практически не загрязненной воздухом, и аккуратно отделяя его от аргона и ксенона.
«Наше исследование — первое, в котором точно измерены все изотопы криптона для мантии, включая самые редкие изотопы криптона, Kr-78 и Kr-80», — сказала Перон.
Исследователи обнаружили, что химический отпечаток криптона в глубокой мантии очень похож на примитивные, богатые углеродом метеориты, которые, возможно, были доставлены из холодных, отдаленных уголков Солнечной системы.
Но предыдущие работы других ученых показала, что неон, еще один благородный газ в глубокой мантии, был получен от солнца. Два разных результата предполагают, по крайней мере, два различных источника летучих веществ в мантии Земли, появившихся очень рано в ее истории. Исследователи также отметили меньшее количество редкого изотопа Kr-86 в глубокой мантии по сравнению с известными метеоритами. Дефицит Kr-86 говорит о том, что только известные метеориты могут не учитывать весь криптон мантии.
Наконец, новые результаты также имеют значение для того, как возникла атмосфера Земли. Исследователи обнаружили, что соотношение различных изотопов криптона в глубокой мантии не соответствует соотношению изотопов в атмосфере Земли. Это означает, что некоторые газы в атмосфере, в том числе благородные газы, такие как криптон, были доставлены на Землю после столкновения с Луной. В противном случае мантия и атмосфера Земли имели бы одинаковый изотопный состав из-за изотопного равновесия после удара, сказала Перон.
