Как развивались магматические океаны на ранней Земле и Марсе?

10 октября 2024, 20:18 / Наука → Новости / Наука

Во время своего формирования многие каменистые планеты покрыты огромным океаном магмы. Новое исследование моделирования открывает новые возможности для понимания магматических океанов на ранней Земле и Марсе. Автор: Merikanto via Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

До того, как Земля

Thumbnail: Земля Земля́ — третья по удалённости от Солнца планета Солнечной системы. Самая плотная, пятая по диаметру и массе среди всех планет Солнечной системы и крупнейшая среди планет земной группы, в которую входят также Меркурий, Венера и Марс. Единственное известное человеку в настоящее время тело во Вселенной, населённое живыми организмами. В публицистике и научно-популярной литературе могут использоваться синонимические термины — мир, голубая планета, Терра (от лат. Википедия

стала голубой планетой, ее поглотил совершенно иной океан: огромный, глубокий океан магмы, простирающийся на сотни, а может быть, даже тысячи километров.

По мере того, как ранний магматический океан Земли охлаждался и затвердевал, различные типы минералов кристаллизовались с разной скоростью, поэтому химический состав расплавленной породы со временем менялся. И по мере того, как магма выделяла газы в раннюю атмосферу Земли, химический состав атмосферы также менялся.

Во время своего формирования Марс

Thumbnail: Марс Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей минералом маггемитом — γ-оксидом железа(III). Марс — планета земной группы с разреженной атмосферой (давление у поверхности в 160 раз меньше земного). Википедия

и многие другие каменистые планеты прошли через похожие стадии магматического океана. Однако, поскольку все это произошло в далеком прошлом для Земли и Марса — и в далеком космосе для более молодых каменистых планет — очень трудно узнать точно, как все это произошло. Однако информация о химическом составе ранних атмосфер каменистых планет сохранилась в нереакционноспособных благородных газах.

Теперь Шефер и его команда представляют новые модели, имитирующие то, как магматические океаны Земли и Марса могли измениться с течением времени по мере их кристаллизации, используя эти атмосферные подсказки и информацию о химии железа. Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

Модели включают новые расчеты, которые фиксируют, как двухвалентное (восстановленное) и трехвалентное (окисленное) железо ведут себя при кристаллизации магмы в мантии. Исследовательская группа протестировала модель с различными начальными глубинами магматического океана и химическим составом, чтобы увидеть, какая комбинация создаст атмосферы, которые, как они знают, существовали вокруг ранней Земли и Марса.

Исследователи обнаружили, что для Земли модели, которые начинаются с неглубокого магматического океана, превосходят модели, которые начинаются с полностью расплавленной мантии. Неглубокий магматический океан может указывать либо на мантию, которая была лишь частично расплавлена, либо на полностью расплавленную мантию, которая начала затвердевать с середины, при этом самые внутренние и самые внешние слои оставались расплавленными в течение некоторого времени.

Что касается Марса, ни одна из моделей не совпала с результатами предыдущих исследований ранней атмосферы Красной планеты, если только первоначальный состав магмы не содержал более низкого уровня трехвалентного железа, чем предполагалось.

Эти результаты ведут к более глубокому пониманию того, как формируются каменистые планеты, такие как Земля и Марс, а также подчеркивают необходимость дополнительных экспериментальных исследований поведения железа в расплавленной породе.

Больше информации: Laura Schaefer et al, Ferric Iron Evolution During Crystallization of the Earth and Mars, Journal of Geophysical Research: Planets (2024). DOI: 10.1029/2023JE008262

Источник: American Geophysical Union