Науковці з MIT у співпраці з міжнародними колегами виявили надзвичайно рідкісні сліди так званої «протоземлі» — ранньої версії нашої планети, якій близько 4,5 мільярда років. Ця первісна Земля сформувалася ще до колосального зіткнення, що змінило її назавжди й дало початок сучасному світу. Результати, опубліковані в журналі Nature Geosciences, відкривають нове розуміння того, з яких матеріалів будувалася молода Земля та інші планети Сонячної системи.
Мільярди років тому Сонячна система існувала як обертаюча хмара газу й пилу, з якої поступово утворилися перші метеорити. З часом ці кам’яні уламки злилися, створивши протоземлю та інші планети, що нині обертаються навколо Сонця.
На ранніх етапах Земля була розпеченим вулканічним світом, покритим океанами лави. Менше ніж через 100 мільйонів років після формування в неї врізалося небесне тіло розміром із Марс — подія, відома як гігантське зіткнення. Удар розплавив і перемішав надра планети, знищивши майже всі первісні хімічні сліди. Вчені довго вважали, що від протоземлі не залишилося нічого.
Сліди давньої хімії в глибинах
Команда MIT поставила під сумнів цю гіпотезу. Дослідники виявили аномалію ізотопів калію у найдавніших породах Землі — хімічну «підписку», якої немає в більшості сучасних матеріалів планети. Цей мікроскопічний дисбаланс було зафіксовано у зразках із глибоких геологічних шарів Канади та Гренландії.
Вчені дійшли висновку, що такий ізотопний слід не міг виникнути через пізні удари метеоритів або геологічну активність. Єдине логічне пояснення — частина цих порід зберегла матеріал первісної протоземлі, який пережив навіть катастрофічне формування планети.
«Це, можливо, перший прямий доказ того, що ми маємо у зразках матерію, з якої колись була створена протоземля», — пояснює професорка MIT Ніколь Ні. — «Ми бачимо фрагмент дуже давньої Землі, ще до гігантського зіткнення».
Як калій розповів історію планети
У своїй роботі команда порівняла ізотопний склад калію в стародавніх породах Землі та метеоритах. Калій існує в трьох природних ізотопах — 39, 40 і 41. На Землі переважають два з них, тоді як калій-40 становить лише мізерну частку. Але у знайдених зразках цього ізотопу виявилося ще менше, ніж зазвичай — дефіцит, який може бути «хімічним підписом» протоземлі.
Щоб перевірити цю теорію, вчені змоделювали еволюцію Землі: від гігантського удару до подальших процесів плавлення, змішування та охолодження мантії. Результати симуляцій показали, що матеріал із дефіцитом калію-40 міг бути залишком від початкової протоземлі, який частково зберігся в глибинних шарах планети.
Земля, старша за саму себе
Цікаво, що ізотопний «підпис» у зразках не збігається з жодним із відомих метеоритів. Це означає, що первинні матеріали, з яких сформувалася Земля, досі не знайдені у колекціях геологів.
«Наше дослідження показує, що поточний набір метеоритів не відображає всього різноманіття матеріалів, з яких утворилася Земля», — зазначає Ніколь Ні. — «Є ще багато того, що ми не розуміємо про справжнє походження нашої планети».
Це відкриття не лише розкриває нову сторінку історії Сонячної системи, але й дає вченим інструмент для пошуку первісної речовини, яка могла пережити космічні катастрофи. У буквальному сенсі, в надрах нашої планети зберігається її попередниця — Земля до Землі.