Ο Δρ. Simone Marchi του Southwest Research Institute συνεργάστηκε σε μια νέα μελέτη που βρίσκει το πρώτο γεωφυσικά εύλογο σενάριο για να εξηγήσει την αφθονία ορισμένων πολύτιμων μετάλλων – συμπεριλαμβανομένου του χρυσού και της πλατίνας – στον μανδύα της Γης. Με βάση τις προσομοιώσεις ή το μοντέλο, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το σενάριο ανάμειξης υλικών μανδύα λόγω κρούσεων θα μπορούσε να αποτρέψει την πλήρη βύθιση των μετάλλων στον πυρήνα της Γης.
Η Πρώιμη Ιστορία της Γης
Νωρίς στην εξέλιξή της, περίπου πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, η Γη συγκρούστηκε με έναν πλανήτη στο μέγεθος του Άρη και η Σελήνη σχηματίστηκε από τα συντρίμμια που προέκυψαν και εκτοξεύτηκαν σε έναν δίσκο σε τροχιά γύρω από τη Γη. Ακολούθησε μια μακρά περίοδος βομβαρδισμών, η λεγόμενη «όψιμη προσαύξηση», όταν πλανήτες τόσο μεγάλοι όσο η Σελήνη μας έπληξαν τη Γη παρέχοντας υλικά συμπεριλαμβανομένων εξαιρετικά «σιδερόφιλων» στοιχείων (HSEs) – μέταλλα με ισχυρή συγγένεια με τον σίδηρο – που ενσωματώθηκαν στη νεαρή Γη.
«Προηγούμενες προσομοιώσεις κρούσεων που διεισδύουν στον μανδύα της Γης έδειξαν ότι μόνο μικρά κλάσματα ενός μεταλλικού πυρήνα πλανητών είναι διαθέσιμα για αφομοίωση από τον μανδύα της Γης, ενώ τα περισσότερα από αυτά τα μέταλλα – συμπεριλαμβανομένων των HSEs – αποστραγγίζονται γρήγορα στον πυρήνα της Γης», είπε ο Marchi, ο οποίος συνέγραψε ένα έγγραφο Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) που περιγράφει τα νέα ευρήματα.
«Αυτό μας φέρνει στο ερώτημα: Πώς πήρε η Γη μερικά από τα πολύτιμα μέταλλα της; Αναπτύξαμε νέες προσομοιώσεις για να προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε το μείγμα μετάλλων και ροκ υλικών στον σημερινό μανδύα».
Η νέα προσομοίωση εξέτασε πώς μια μερικώς λιωμένη ζώνη κάτω από έναν εντοπισμένο ωκεανό μάγματος που δημιουργείται από κρούση θα μπορούσε να έχει σταματήσει την κάθοδο των πλανητικών μετάλλων στον πυρήνα της Γης.
«Για να το πετύχουμε αυτό, διαμορφώσαμε την ανάμειξη ενός προσκρουόμενου πλανητοειδούς με τα υλικά του μανδύα σε τρεις ρέουσες φάσεις: στερεά πυριτικά ορυκτά, λιωμένο πυριτικό μάγμα και υγρό μέταλλο», δήλωσε ο Δρ. Jun Korenaga, επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας από το Πανεπιστήμιο Yale.
«Η ταχεία δυναμική ενός τέτοιου τριφασικού συστήματος, σε συνδυασμό με τη μακροχρόνια ανάμειξη που παρέχεται από τη μεταφορά στον μανδύα, επιτρέπει στα HSE από τα πλανητάρια να διατηρηθούν στον μανδύα».
Όταν τα μέταλλα φτάσουν στη μερικώς τηγμένη περιοχή από κάτω, το μέταλλο θα διεισδύσει γρήγορα μέσω του τήγματος και, μετά από αυτό, θα βυθιστεί αργά προς τον πυθμένα του μανδύα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ο λιωμένος μανδύας στερεοποιείται, παγιδεύοντας το μέταλλο. Τότε είναι που κυριαρχεί η μεταφορά, καθώς η θερμότητα από τον πυρήνα της Γης προκαλεί μια πολύ αργή ερπυστική κίνηση των υλικών στον στερεό μανδύα και τα επακόλουθα ρεύματα μεταφέρουν θερμότητα από το εσωτερικό στην επιφάνεια του πλανήτη.
«Η μεταφορά του μανδύα αναφέρεται στη διαδικασία ανύψωσης θερμού υλικού μανδύα και βύθισης ψυχρότερου υλικού», είπε ο Korenaga. «Ο μανδύας είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου στερεός αν και, σε μεγάλα γεωλογικά χρονικά διαστήματα, συμπεριφέρεται ως ένα όλκιμο και εξαιρετικά παχύρρευστο ρευστό, αναμιγνύοντας και αναδιανέμοντας υλικά του μανδύα, συμπεριλαμβανομένων των HSE που συσσωρεύτηκαν από μεγάλες συγκρούσεις που έλαβαν χώρα πριν από δισεκατομμύρια χρόνια».
