Новые исследования показывают, что крупное воздействие на Марс более 4 млрд. лет назад могло бы объяснить необычное количество «любящих железо» элементов.
Планеты создаются в процессе сливания мелких зернышек, пока объект не разрастется до планетезимали. Эти формирования продолжаются сталкиваться и выбрасываются из системы, поглощаются звездой или же создают планету. Но это еще не конец процесса, так как планеты продолжают получать материал даже после финальной стадии формирования. Эту стадию называют поздней аккрецией, и она наступает, когда на молодые планеты оседают остаточные фрагменты планетного формирования.
Исследователи из Колорадского университета в Боулдере решили детально изучить колоссальное воздействие в период поздней аккреции Красной планеты. Дело в том, что этот процесс может объяснить необычное количество редких металлических элементов в мантии (то же самое наблюдается ниже земной коры).
Когда протопланеты выделяют достаточно материала, металлы, вроде никеля и железа, начинаются отделяться и опускаются вниз, формируя ядро. Именно поэтому земное ядро представлено в основном железом. Ожидается, что и остальные элементы, связанные с железом, должны присутствовать на уровне ядра. Среди них стоит вспомнить золото, платину и иридий. Однако оказывается, что на Марсе (как и на Земле), этих элементов группы сидерофилов больше, чем ожидалось от процесса формирования.
Эксперименты с высоким давлением показывают, что эти металлы просто не должны находиться в мантии. Их же наличие указывает на то, что они прибыли уже после отделения ядра и мантии, когда стало сложно опускаться вниз.
Количество накопленных в период последней стадии сидерофилов должно быть пропорциональным гравитационному поперечному сечению планеты. Гравитационное сечение простирается за пределы самого объекта, поэтому гравитация будет притягивать тела к ней, даже если они не находятся на пути прямого столкновения. Это именуют гравитационной фокусировкой.
Раннее считали, что Земля наделена большим количеством таких элементов из-за теории гравитационного сечения. Ученые доказывали это, показав, что воздействие Луны на Землю должно было обогатить мантию достаточным количеством сидерофилов.
Раннее крупное воздействие
Анализ марсианских метеоритов показывает, что Марс прибавил еще 0.8% по массе из-за поздней аккреции. Новое исследование доказывает, что для этого понадобился бы удар с телом, чей диаметр был бы не меньше 1200 км. Это событие должно было случиться 4.5-4.4 млрд. лет назад.
Изучение кристаллов циркона в древних марсианских метеоритах можно использовать, чтобы отметить процесс формирования марсианской коры раньше отметки 4.4 млрд. лет назад. Выходит, что крупный удар должен был вызвать широкомасштабное таяние коры и произойти до ее фактического формирования. Если удар пришелся на раннюю стадию, то сидерофилы должны были удалиться в период формирования ядра.
Понимание поздней аккреции несет важное значение не только для объяснения обилия сидерофилов, но и для определения верхнего возрастного предела земной биосферы. Во время каждого удара небольшая часть земной коры локально расплавляется. При крайне интенсивной аккреции, почти вся земная кора плавится. По мере уменьшения интенсивности аккреции, количество плавления также сокращалось. Сейчас считают, что наиболее раннее время формирования биосферы приходится на низкую аккрецию (менее 50% расплавленной коры).