Ранняя Земля была адским местом: горячим, бурлящим, быстро вращающимся и бомбардируемым космическим мусором, включая тело размером с Марс, удар которого создал Луну.
Это же воздействие также превратило всю поверхность вновь образованной Земли в океан расплавленной магмы. Теперь, новые исследования показывают, что быстрое вращение планеты, возможно, повлияло на охлаждение этого расплавленного моря.
Новое исследование показало, что скорость вращения Земли могла повлиять на то, где минеральный силикат кристаллизовался и оседал по мере затвердевания магматического океана. По словам Кристиана Мааса, геофизика из Университета Мюнстера в Германии, неравномерное накопление силикатов и других минералов могло повлиять на начало тектоники плит или даже помочь объяснить причудливый состав современной мантии, считает Кристиан Маас, геофизик из Мюнстерского университета.
Горячая земля
Маас является ведущим автором нового исследования, посвященного изучению того, как древний магматический океан остыл и минералы в нем кристаллизовались. 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 сбил кусок мусора, который образовал Луну, и в то же время создал столько тепла, что поверхность Земли превратилась в океан магмы на несколько тысяч миль в глубину.
«Очень важно знать, как выглядит магматический океан», - сказал Маас. Когда это горячее море охладилось, оно подготовило почву для всей геологии, которая будет дальше, включая тектонику плит и современное многослойное, мантийно-корковое расположение планеты.
Маас сказал, что одна вещь, которую многие исследователи не рассматривали, это то, как вращение Земли могло бы повлиять на охлаждение. Используя компьютерное моделирование, Маас и его коллеги ответили на этот вопрос, моделируя кристаллизацию одного типа минерала, силиката, который составляет большую часть земной коры.
Остыть
Моделирование показало, что скорость вращения планеты влияла на место, где силикат оседал на ранних стадиях охлаждения магматического океана, что, вероятно, происходило в течение от тысячи до миллиона лет. При медленном вращении, в диапазоне от 8 до 12 часов на оборот, кристаллы остаются во взвешенном состоянии, оставаясь равномерно распределенными по всему океану магмы.
По мере увеличения скорости вращения распределение кристаллов изменяется. С умеренной или высокой скоростью кристаллы быстро оседают на дно у северного и южного полюсов и движутся к нижней половине магматического океана вблизи экватора. В средних широтах кристаллы остаются взвешенными и равномерно распределенными.
При самых высоких скоростях вращения - полный оборот примерно за 3–5 часов - кристаллы накапливаются на дне магматического океана независимо от широты. Однако конвекция в волнующейся магме вблизи полярных областей неоднократно вызывала пузыри кристаллов, поэтому кристаллизованный слой был не очень устойчивым.
Ученые не знают точно, как быстро вращалась ранняя Земля, хотя они считают, что она полностью развернулась примерно через 2-5 часов во время существования магматического океана.
В исследовании, опубликованном в майском выпуске журнала Earth and Planetary Science Letters, не рассматривались другие типы минералов и не моделировалось распределение силикатов за пределами первой фазы кристаллизации магматического океана. По словам Мааса, добавление в модель других типов минералов является следующим шагом.
Он добавил, что он также заинтересован в изучении последующих воздействий планет. Вскоре после гигантского лунообразующего удара Земля, вероятно, столкнулась с меньшими космическими камнями, сказал Маас. По его словам, если бы вращение Земли заставляло магматический океан кристаллизоваться неравномерно, то минералы в этих кусках межзвездного мусора могли быть включены в Землю очень по-разному, в зависимости от того, где они приземлились.
Также не ясно, сохранила ли сегодняшняя мантия следы этого огненного начала. Современная мантия - это немного загадка. Особенно сбивают с толку «капли», две области горячих скал размером с континент, которые всегда замедляют любые сейсмические волны от проходящих землетрясений. Эти капли, известные как «большие провинции с низкой скоростью сдвига» или LLSVP, каждый в 100 раз больше высоты горы Эверест, но никто не знает, из чего они сделаны и почему они там.
По словам Мааса, между сегодняшними мантийными аномалиями, такими как сгустки и древний магматический океан ранней Земли, еще много точек, не связанных между собой. Возможно, все следы этого огненного моря давно стерты геологическими силами, добавил он. Но выяснение того, как выглядела исходная твердая поверхность планеты, могло бы помочь объяснить, как она развивалась до своего нынешнего состояния.
