Cоударение планет может уменьшать давление в их недрах

Cоударение планет может уменьшать давление в их недрах

Компьютерное моделирование столкновения планет на поздней стадии развития Солнечной системы меняет представления об эволюции Земли.

Художественное изображение синестии – вращающегося «пончика» планетарного материала, который может возникнуть в результате столкновения двух планет. Фото: Ron Miller/Scientific AmericanОткрыть в полном размере
Давление внутри планет – ключевой фактор в физике и химии их формирования и развития. До этого времени планетологи полагали, что внутреннее давление непрерывно увеличивается с ростом массы планеты. Однако новое исследование, проведённое в Калифорнийском технологическом институте, показало, что удар, который испытала Земля 4,5 миллиарда лет назад при образовании Луны, мог вызвать случайные колебания давления в земном ядре и мантии. Давление после удара могло временно сильно уменьшиться, а затем долго восстанавливаться. Это открытие имеет серьезные последствия для химической структуры планеты и ее последующей эволюции. В частности, это объясняет некоторые удивительные геохимические аномалии в мантии Земли.
Планетные системы обычно начинают своё формирование с газопылевого диска, который медленно скапливается в зародышах будущих планет. В конце этого процесса происходят столкновения образовавшихся тел, в результате которых они объединяются, образуя конечные планеты. Энергия, выделяющаяся при этих ударах, может испарять значительную часть планеты и даже временно превращать два сталкивающихся тела во вращающийся «пончик» планетарного материала, получивший название синестия. Позже он остывает, превращаясь обратно в одно или несколько сферических тел. Считается, что так произошло и с ударом, образовавшим Луну.

Исследователи Калтеха использовали вычислительные модели гигантских ударов и планетарных структур для имитации столкновений тел с массами от 0,9 до 1,1 массы Земли, и обнаружили, что сразу после столкновения их внутренние давления были намного ниже, чем ожидалось. Они выяснили, что снижение давления было вызвано сильно возросшей скоростью вращения и уменьшением плотности горячего, частично испаренного вещества. Вращение создало центробежную силу, действующую против силы тяжести, как бы отталкивая материал от оси вращения.
Давление сразу после удара, подобного тому, который, как считается, сформировал Луну, могло быть вдвое меньше, чем у современной Земли. Если это верно, то открытие поможет устранить давнее противоречие между представлениями современной геохимией мантии Земли и физическими моделями формирования планет.
По мере роста протоземли каждый объект, который сталкивался с ней, доставлял металл в мантию. После каждого удара металл поглощал небольшое количество других элементов из мантии, а затем погружался в ядро, увлекая за собой эти элементы.
Количество каждого элемента, который растворялся в металле, определялось, в частности, внутренним давлением Земли. Таким образом, химический состав мантии сегодня фиксирует давление в ней во время формирования планеты.
Исследования металлов в земной мантии показывают, что этот процесс поглощения происходил при меньших давлениях, чем это следует из физических моделей формирования планет. Показав, что давление после гигантских ударов было ниже, чем считалось ранее, авторы работы, возможно, нашли физический механизм для решения этой проблемы.

Исследователи полагают, что это явление изменит и другие представления об эволюции Земли. Они планируют использовать свои результаты для расчета влияния случайных изменений давления во время формирования планет на их химическую структуру. А также продолжат изучать, как планеты восстанавливаются после «травмы», как это влияет на укрепление мантии, образование коры и так далее.

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>