Лазеры плавят породы, раскрывая формирование суперземель и то, как гигантские столкновения создают магму

Новые эксперименты дают представление о том, как формируются планеты земного типа при столкновении гигантских астероидов или планетезималей и как развиваются недра таких планет. Исследователи из Университета Хиросимы, Университета Осаки, Университета Эхиме, Токийского университета и Технологического института Тибы опубликовали свою работу в выпуске журнала Science Advances от 3 августа 2016 года.

Результаты исследования позволяют лучше понять, как эволюционирует магма, образованная ударом, и моделировать внутреннюю структуру планет земного типа. Столкновения при таких экстремальных температурах и давлениях создали нашу собственную Землю и, возможно, также сформировали мантии других планет-суперземель, например, CoRoT-7b и Kepler-10b.

Мощные столкновения вызывают химические реакции внутри гигантских пород. Понимание того, какие реакции происходят при каких условиях, позволяет исследователям лучше изучить развитие планет, слишком далёких для исследования спутниками. Многие из этих пород содержат форстерит (Mg₂SiO₄), репрезентативный минерал, составляющий значительную часть вещества в космосе и самый распространённый компонент мантии Земли.

Геофизикам и инженерам удалось измерить плавление форстерита, воспроизведя условия интенсивных столкновений с помощью лазерной ударной техники. В отличие от предыдущих исследований, ограниченных давлением ниже 200 ГПа, новые эксперименты подвергли кристаллы форстерита давлению от ~250 до 970 ГПа (для сравнения, давление в центре Земли оценивается в 360 ГПа).

Измерения давления, температуры, плотности и отражательной способности показали, что эти параметры увеличиваются не с постоянной скоростью при росте давления. Это указывает на то, что в расплаве форстерита при давлениях от 250 до 344 ГПа происходят как энерговыделяющие, так и энергопоглощающие реакции.

Полученные данные поддерживают гипотезу, согласно которой масштабные высокоскоростные столкновения (более ~13 км/с) космических тел, богатых форстеритом, могли привести к химическому расслоению мантий массивных планет земного типа. Плавление форстерита могло обеспечить достаточно высокую концентрацию оксида магния в раннем ядре Земли для поддержания магнитного поля планеты в течение длительного геологического времени.