Ранняя Земля была адским местом: горячая, бурлящая, быстро вращающаяся и бомбардируемая космическим мусором, включая тело размером с Марс, чье столкновение создало Луну.
Тот же самый удар превратил всю поверхность вновь образовавшейся Земли в расплавленный магматический океан. Новые исследования показывают, что быстрое вращение планеты могло повлиять на охлаждение расплавленного моря.
Оно показало, что скорость вращения Земли могла повлиять на то, где минеральный силикат кристаллизовался и осел по мере затвердевания океана магмы. По словам геофизиков из Университета Мюнстера в Германии, неравномерное накопление силиката и других минералов могло повлиять на начало тектоники плит или даже помочь объяснить странный состав сегодняшней мантии.
Новое исследование изучает, как древний океан магмы охлаждался и как кристаллизовались минералы в нем. Все эти процессы начались около 4,5 миллиардов лет назад, вскоре после образования Земли, когда планетарное тело размером с Марс врезалось в новорожденную планету. Удар отбросил кусок обломков, которые образовали Луну, одновременно создав столько тепла, что поверхность Земли стала океаном магмы глубиной в несколько тысяч километров.
Ученые считают, что очень важно знать, как выглядел океан магмы. Когда горячее море остыло, оно подготовило почву для всей будущей геологии, включая тектонику плит и современные слои мантии и земной коры.
Особое внимание в этом проекте было уделено вопросу, как вращение Земли влияет на охлаждение. Используя компьютерное моделирование, ученые рассмотрели этот вопрос, моделируя кристаллизацию одного типа минерала-силиката, который составляет большой кусок земной коры.
Моделирование показало, что скорость вращения планеты влияет на то, где силикат осел на ранних стадиях охлаждения океана магмы, что, вероятно, произошло в течение тысячи или миллиона лет. При медленном вращении в диапазоне от 8 до 12 часов за оборот кристаллы остаются во взвешенном состоянии, оставаясь равномерно распределенными по всему океану магмы.
По мере увеличения скорости вращения изменяется распределение кристаллов. С умеренной или высокой скоростью кристаллы быстро оседают на дно на Северном и Южном полюсах и перемещаются в нижнюю половину магматического океана вблизи экватора. В средних широтах кристаллы остаются взвешенными и равномерно распределены.
При самых быстрых скоростях вращения - полный оборот примерно за 3-5 часов - кристаллы накапливаются на дне океана магмы независимо от широты. Однако конвекция в бурлящей магме вблизи полярных областей неоднократно заставляла кристаллы пузыриться, поэтому кристаллизованный слой был не очень стабильным.
Ученые не знают точно, как быстро вращалась ранняя Земля, хотя они оценивают, что она полностью вращалась примерно за 2-5 часов во время существования океана магмы.
В исследовании не рассматривались другие типы минералов и не моделировалось распределение силикатов за пределами первой фазы кристаллизации магматического океана. По словам исследователей, добавление других типов минералов в модель является следующим шагом.
Исследователи заинтересованы в изучении более поздних планетарных воздействий. По их мнению, вскоре после гигантского лунного удара на Землю, вероятно, попали более мелкие космические камни. Если вращение Земли заставляет магматический океан кристаллизоваться неравномерно, возможно, минералы в этих кусках межзвездного мусора могли быть включены в землю очень по-разному в зависимости от того, где они приземлились.
Исследователям неясно, сохраняет ли сегодняшняя мантия следы этого огненного начала. Современная мантия немного загадочна. Особенно сбивают с толку «пузыри», два участка горячей породы размером с континент, которые всегда замедляют любые сейсмические волны от проходящих через них землетрясений. Эти пятна, известные как «большие провинции с низкой скоростью сдвига», или LLSVPs, в 100 раз превышают высоту Эвереста, но никто не знает, из чего они сделаны и почему они там.
По мнению ученых, есть много точек, все еще не связанных между сегодняшними аномалиями мантии, такими как капли и древний океан магмы ранней Земли. Возможно, все следы этого огненного моря давно стерты геологическими силами. Но выяснение того, как выглядела первоначальная твердая поверхность планеты, могло бы помочь объяснить, как она эволюционировала до своего нынешнего состояния.
