Mantonun derinlerindeki tuhaf lekeler eski bir gezegenin kalıntılarıdır

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü tarafından yapılan bir araştırma, Dünya’nın mantosunun derinlerinde yer alan iki büyük, demir açısından zengin yapının, Dünya ile çarpışan ve aynı zamanda Ay’ı oluşturan eski bir gezegen olan Theia’nın kalıntıları olduğunu öne sürüyor. Bu keşif, Ay’ın kökeni ve Theia’nın kaderi hakkında uzun süredir devam eden sorulara yanıt veriyor.

1980’lerde jeofizikçiler şaşırtıcı bir keşifte bulundular: Dünya’nın merkezinin derinliklerinde, biri Afrika kıtasının altında ve diğeri Pasifik Okyanusu’nun altında olmak üzere, kıta büyüklüğünde iki olağandışı malzeme damlası bulundu. Her nokta Ay’ın yaklaşık iki katı büyüklüğündedir ve muhtemelen çevreleyen mantoyla karşılaştırıldığında farklı oranlarda elementlerden oluşmaktadır.

Büyük, düşük hızlı ilçe varlıkları

Resmi olarak Büyük Düşük Hız Bölgeleri (LLVP’ler) olarak bilinen bu garip lekeler nereden geldi? Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar tarafından yapılan yeni bir araştırma, bunların milyarlarca yıl önce Ay’ımızın oluşmasına neden olan dev çarpışmayla Dünya ile şiddetli bir şekilde çarpışan eski bir gezegenin kalıntıları olduğunu öne sürüyor.

Araştırma dergide yayımlandı doğa 1 Kasım’da gezegen bilimindeki başka bir gizeme de bir yanıt öneriliyor. Araştırmacılar uzun süredir Ay’ın Dünya ile Theia adlı daha küçük bir gezegen arasındaki dev çarpışmanın ardından oluştuğunu varsayıyordu, ancak asteroit kuşağında veya meteorlarda Theia’nın izine rastlanmadı. Bu yeni çalışma, Theia’nın çoğunun genç Dünya tarafından emilerek LLVP’ler oluşturduğunu, çarpışmadan kalan enkazın ise Ay tarafından emildiğini öne sürüyor.

Dünyanın çekirdeğine yakın büyük yoğun madde “damlacıkları” ile Dünya’nın görselleştirilmesi. Bu noktalar 1980’lerde keşfedildi. Artık araştırmacılar, Ay’ı oluşturmak için Dünya ile çarpışan eski bir gezegen olan Theia’nın kalıntıları olduğunu öne sürüyorlar. Kredi bilgileri: Edward Garnero

Araştırma metodolojisi ve sonuçları

Araştırma, Eleanor ve John R. MacMillan Jeoloji ve Jeokimya Profesörü Paul Asimo’nun (MS ’93, PhD ’97) laboratuvarlarında Oakey Earle doktora sonrası araştırma görevlisi olan Qian Yuan tarafından yönetildi; ve John E. ve Hazel S. Smits Jeofizik Profesörü ve Clarence R. Allen Liderlik Başkanı, Caltech Sismik Laboratuvarı yöneticisi ve Caltech’teki Schmidt Yazılım Mühendisliği Akademisi yöneticisi Michael Jorness.

Bilim insanları LLVP’leri ilk olarak Dünya’da dolaşan sismik dalgaları ölçerek keşfettiler. Sismik dalgalar farklı malzemeler üzerinde farklı hızlarda ilerler ve 1980’lerde Dünya’nın yapısının derinliklerindeki büyük ölçekli üç boyutlu değişimlere dair ilk ipuçları ortaya çıktı. Daha derin mantoda, sismik dalgaların desenine, araştırmacıların alışılmadık derecede yüksek demir seviyesine sahip olduğuna inandıkları, Dünya’nın çekirdeğine yakın iki büyük yapının izleri hakimdir. Bu yüksek demir içeriği, bölgelerin çevrelerine göre daha yoğun olduğu anlamına gelir ve bu da buralardan geçen sismik dalgaların yavaşlamasına neden olur ve bu da “büyük düşük hızlı iller” adının alınmasına neden olur.

Jeofizik eğitimi alan Yuan, 2019 yılında Arizona Eyalet Üniversitesi’nde profesör olan Mikhail Zolotov’un verdiği gezegen oluşumuyla ilgili bir sempozyuma katılıyordu. Zolotov dev çarpışma hipotezini sunarken Qian, ayın demir açısından nispeten zengin olduğuna dikkat çekti. Zolotov, yere çarptığı kesin olan aracın izine rastlanmadığını da sözlerine ekledi.

Yuan, “Michael, çarpma nesnesinin şu anda nerede olduğunu kimsenin bilmediğini söyledikten hemen sonra, bir ‘evreka anı’ yaşadım ve demir açısından zengin çarpma nesnesinin mantodaki lekelere dönüşmüş olabileceğini fark ettim” diyor.

Theia’nın Dünya ile olan etkisinin ayrıntılı simülasyonu. Çarpma şiddetli olmasına rağmen Dünya’nın alt mantosunu eritecek kadar güçlü değildi, bu da Theia’nın kalıntılarının Dünya’nın malzemesiyle homojen bir şekilde karışmak yerine korunmuş olabileceği anlamına geliyordu. Kredi bilgileri: Hong Bing Ding

Yuan, Theia’nın kimyasal bileşimi ve Dünya üzerindeki etkisine ilişkin farklı senaryoları modellemek için disiplinler arası işbirlikçileriyle çalıştı. Simülasyonlar, çarpışmanın fiziğinin hem LLVP’lerin hem de Ay’ın oluşumuna yol açabileceğini doğruladı. Theia’nın mantosunun bir kısmının Dünya’nın mantosuna dahil edilmiş olması mümkündür; burada bir araya toplanıp kristalleşerek bugün manto-çekirdek sınırında bugün tespit edilebilen iki farklı damlayı oluşturmuştur; Çarpışmadan kaynaklanan diğer kalıntılar bir araya gelerek Ay’ı oluşturdu.

Çıkarımlar ve gelecekteki araştırmalar

Bu şiddetli etki göz önüne alındığında, Theia’nın malzemesi neden oluşan gezegenin geri kalanıyla karışmak yerine iki ayrı noktada toplandı? Araştırmacıların simülasyonları, Theia’nın çarpmasından kaynaklanan enerjinin çoğunun mantonun üst yarısında kaldığını ve Dünya’nın alt mantosunu önceki düşük çözünürlüklü çarpma modellerinin tahmin ettiğinden daha soğuk bıraktığını gösterdi. Alt manto, darbe nedeniyle tamamen erimediğinden, Theia’dan gelen demir açısından zengin malzeme damlacıkları, söndürülmüş bir lav lambasındaki renkli parafin mumu kümeleri gibi, mantonun tabanına elenirken büyük ölçüde bozulmadan kaldı. Alt manto daha sıcak olsaydı (yani çarpışmadan daha fazla enerji almış olsaydı), bir boya kabındaki renkler gibi demir açısından zengin malzemelerle daha iyi karışırdı.

Sonraki adımlar, Theia heterojen malzemesinin Dünya’nın derinliklerindeki ilk varlığının gezegenimizin levha tektoniği gibi iç süreçlerini nasıl etkilediğini incelemek olacak.

Asimov, “LLVP’lerin Theia’nın kalıntıları olduğu fikrinin mantıksal sonucu, bunların çok eski olmasıdır” diyor. “Dolayısıyla, modern levha tektoniği için koşullar uygun hale gelmeden önce batmanın başlaması, ilk kıtaların oluşumu ve en eski tektonik levhaların kökeni gibi Dünya’nın erken evrimi üzerinde ne gibi sonuçlar doğurduğunu incelemek mantıklı olacaktır. Dünya’nın minerallerinden.”

Yeni araştırmalar, gezegen biliminin uzun süredir devam eden iki gizemine yanıt veriyor: Dünya’nın çekirdeğine yakın devasa, gizemli madde “damlacıkları” nelerdir ve Ay’ı oluşturmak için Dünya’yla çarpışan gezegene ne oldu? Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nün yeni bir araştırması, bu antik gezegenin kalıntılarının hala Dünya’da mevcut olduğunu öne sürüyor ve çekirdek-manto sınırı yakınındaki “damlacıkların” kökenlerini açıklıyor.

Referans: “Dünyanın bazal manto anomalisinin kaynağı olarak Ay oluşturan çarpışma”, Qian Yuan, Mingming Li ve Stephen J. Desch, Byung-Kwan Koo, Hongpeng Deng ve Edward J. Garnero, Travis S.J. Gabriel ve Jacob A. , Vincent Ecke ve Paul D. Asimov, 32 Ekim 2023, doğa.
doi: 10.1038/s41586-023-06589-1

Qian Yuan ilk yazardır. Yuan ve Asimo’ya ek olarak, Caltech’teki diğer bir ortak yazar, karşılaştırmalı gezegensel evrimle ilgilenen Stanback doktora sonrası araştırmacısı Yoshinori Miyazaki’dir. Diğer ortak yazarlar arasında Arizona Eyalet Üniversitesi’nden (ASU) Mingming Li, Stephen Desch ve Edward Garnero (Doktora ’94); Arizona Eyalet Üniversitesi ve Michigan Eyalet Üniversitesi’nden Byungkwan Ko; Çin Bilimler Akademisi’nden Hongping Ding; USGS’den Travis Gabriel; Jacob Kegeris NASAAmes Araştırma Merkezi; ve Durham Üniversitesi’nden Vincent Ecke. Finansman Ulusal Bilim Vakfı, Caltech’teki Aoki Earle Doktora Sonrası Bursu, USGS, NASA ve Caltech Karşılaştırmalı Gezegensel Evrim Merkezi tarafından sağlandı.