Acum 4.5 miliarde de ani, o altă planetă s-a ciocnit cu Pământul. Am putea să fi găsit rămășițele ei.
Acum aproximativ 4,5 miliarde de ani, sistemul solar era un fel de joc gigantic de pinball cosmic. În acele vremuri timpurii, un corp planetar de dimensiunile lui Marte s-a ciocnit de Pământul încă în formare. Ciocnirea a fost atât de puternică încât a descompus protoplaneta impactantă, poreclită Theia, și a trimis cantități uriașe de material în orbita Pământului – material care s-a coagulat ulterior în Luna.
Un nou studiu sugerează că, în timpul acestei coliziuni, Theia a lăsat unele dintre materialele sale la suprafața Pământului în curs de formare și că aceste resturi s-au scufundat în planeta noastră. Publicat în jurnalul Nature, studiul arată că astăzi, materialul provenit de la Theia ar putea explica două bucăți imense și dense în manta Pământului.
Oamenii de știință de pe Pământ știu de decenii că există aglomerări de material mai dens de dimensiuni continentale în partea de jos a mantalei, în apropierea graniței cu nucleul. Acest nou studiu, realizat de geofizicianul Qian Yuan de la Caltech și colegii săi, utilizează simulări ale impactului de formare a Lunii, precum și evoluția interiorului Pământului, pentru a aborda unde ar putea fi ascunse resturile impactorului și cum s-ar fi putut schimba în timp.
„Este un rezultat foarte incitant și provocator”, spune cercetătorul planetar Robin Canup de la Southwest Research Institute din Boulder, Colorado, care nu a făcut parte din studiu. „Ar însemna că avem material care ne poate spune mai multe despre Theia și ne poate ajuta să înțelegem mai bine … impactul de formare a Lunii.”
Interiorul Pământului
Asemenea unei cepe, interiorul Pământului este compus din straturi. Însă, spre deosebire de leguma respectivă, nucleul planetei noastre este fierbinte, dens și în mare parte metalic, format dintr-un strat exterior de lichid în rotație în jurul unei sfere mai dense cu diametrul de 1.500 de mile. În afara acestor două straturi ale nucleului este manta imensă, care ocupă peste 80% din volumul planetei noastre. Deasupra mantalei este crusta, suprafața.
Manta este locul unde se întâmplă multe lucruri: plăcile continentale se deplasează și se ciocnesc, iar magmele se scurg. De asemenea, este dificil de accesat direct datorită adâncimii sale, așa că, pentru a înțelege mai bine mantaua, cercetătorii măsoară cum se deplasează undele seismice prin ea în timpul cutremurelor. Pe măsură ce acele unde trec prin materiale cu densități diferite, ele își schimbă viteza sau direcția. Adunând aceste informații, cercetătorii pot cartografia practic interiorul planetei noastre.
Studiile de genul acesta în ultimele decenii au arătat că există două bule uriașe în părțile inferioare ale mantalei – una sub Africa de Sud și alta sub Oceanul Pacific – care diferă în densitate și compoziție față de materialul înconjurător. Undele seismice încetinesc când trec prin aceste bule, iar geofizicienii le-au numit: provincii mari cu viteză scăzută de forfecare (LLSVP). Aceste regiuni sunt mai dense decât restul mantalei și par să existe de miliarde de ani.
Cu toate acestea, oamenii de știință nu sunt siguri cum au ajuns aceste bule LLSVP în mantaua Pământului. Poate că, sugerează noul studiu, aceste aglomerări au provenit de la protoplaneta care s-a ciocnit cu Pământul, conducând la formarea Lunii.
Fabricarea Lunii
Când impactorul Theia a lovit Pământul acum 4,5 miliarde de ani, s-a dezintegrat, iar nori de moloz și vapori au învăluit Pământul, adunându-se pentru a forma Luna. În ultimii 50 de ani, oamenii de știință au studiat mostrele lunare colectate în timpul misiunilor Apollo și din căderile de meteoriti și au combinat aceste informații cu simulările computerizate pentru a reconstitui această poveste, teoria principală privind formarea Lunii.
Dar încă există unele întrebări cu privire la această teorie, inclusiv una pe care geofizicianul Qian Yuan o amintește dintr-o clasă de absolvire: de ce nu am găsit rămășițe ale lui Theia aici pe Pământ?
Yuan s-a dedicat acestei întrebări în lucrarea sa de teză la Universitatea de Stat Arizona și, împreună cu consilierul său de cercetare Mingming Li, a colaborat cu alți geofizicieni și oameni de știință care modelează ipotezele privind impactul Pământ-Lună.
Astronomul computational Hongping Deng de la Observatorul Astronomic Shanghai din China s-a concentrat pe simularea coliziunii dintre Theia și proto-Pământ și modul în care materialul ar fi putut să se amestece sau să nu se amestece în straturile Pământului. Modelul său computerizat a inclus detalii mai fine decât simulările anterioare, dezvăluind că unele dintre materialele Theia care au topit în timpul coliziunii au rămas pe Pământ. Modelul sugerează că acest material era mai dens decât mantaua superioară a proto-Pământului și s-a scufundat în mantaua inferioară, unde a rămas sub formă de aglomerări identificabile, fără a se amesteca niciodată.
„Încercam doar să le amestec”, spune Deng despre lucrările sale de simulare, „dar ele refuză să se amestece.”
Amestecarea materialelor în mantaua Pământului
Cea mai mare întrebare despre noul model, spune Canup, este dacă materialul provenit din impact poate „evita să fie amestecat și omogenizat în mantaua Pământului în următorii patru și jumătate de miliarde de ani.”
Unii cercetători nu sunt convinși. „În simulările noastre, mantaua Theia și mantaua Pământului au tendința de a fi bine amestecate”, spune planetologul Miki Nakajima de la Universitatea din Rochester din New York. Cercetările sale din ultimii ani s-au concentrat pe modul în care straturile evoluează în planetele stâncoase ale sistemului solar.
„Nu cred că materialul impactor ar fi complet amestecat, dar cantitatea de amestecare care a avut loc este subestimată în acest studiu”, adaugă geodinamistul Maxim Ballmer de la University College London. Ballmer, deși nu este asociat cu noul articol Nature, a colaborat cu Deng la un studiu similar acum câțiva ani.
Oamenii de știință sunt de acord că aceste regiuni dense din mantaua Pământului există de mult timp – dar exact cât de mult timp și de unde provin încă mai este subiect de dezbatere.
„Există o explicație alternativă pentru formarea acestor aglomerări”, spune Ballmer. El indică dovezi conform cărora mult din ceea ce este acum mantaua solidă fusese magmă fierbinte la începutul evoluției Pământului, înainte de a se separa în straturile actuale. Stratul superior s-a solidificat rapid pe măsură ce radia căldură în spațiu. Stratul inferior, totuși, s-a solidificat încet și astfel a avut timp să se diferențieze în bule mai dense și zone mai puțin dense, conform unor studii.
Urmează să se compare semnăturile chimice ale materialului din aceste aglomerări și de pe Lună, care este formată în mare parte din Theia. „Dacă au aceeași semnătură geo-chimică, trebuie să provină de la aceeași planetă”, spune Yuan.
Dar adunarea de material nou pentru studiu este mai ușor de spus decât de făcut. Geofizicienii nu pot să sape suficient de adânc în Pământ pentru a preleva direct mostre din aceste aglomerări. Cu toate acestea, Yuan spune că rocile din interiorul adânc ajung uneori la suprafață, precum Basaltele Insulelor Oceanului.
Suprafața Lunii a fost expusă la miliarde de ani de uzură spațială și poate fi contaminată de meteorite, astfel că cercetătorii ar dori să analizeze materialul din mantaua lunară. Cu toate acestea, mostrele pe care oamenii de știință le au în laboratoarele de pe Pământ sunt în mare parte de la suprafață.
Piese noi ale Lunii ar putea trebui să aștepte până la o misiune de returnare a mostrelor în regiunea de sud, unde mantaua este mai expusă și accesibilă. Până atunci, oamenii de știință vor continua să îmbunătățească modelele lor pentru a căuta fantoma lui Theia.
