Новости химической науки > Новая гипотеза решает сразу две геохимические загадки

Две давнишние, казавшиеся независимыми друг от друга геологические загадки – неожиданное содержание изотопов неодима в скальных породах Земли и вопрос, откуда взялась энергия, раскрутившая «динамо-машину», создавшую магнитное поле нашей планеты, могут быть решены с помощью одной новой гипотезы.

Исследователи из Великобритании сделали вывод о том, что оба этих факта могут быть объяснены столкновением с примордиальной Землей небесного тела, по размеру и составу сходного с Меркурием [1]. Проведенные расчеты показывают, что в условиях такого столкновения уран мог быть инкорпорирован в ядро Земли, где его радиоактивный распад обеспечил бы энергией геодинамо.

Фотография Меркурия в фальшивых цветах. (Рисунок: © NASA/Johns Hopkins Univ. Applied Physics Lab./Carnegie Inst. Washington)

Наиболее распространенными изотопами неодима в Солнечной системе являются ¹⁴²Nd и ¹⁴⁴Nd. В 2005 году Ричард Карлсон (Richard Carlson) и Мо Бойе (Maud Boyet) из Института Карнеги в Вашингтоне, изучая хондриты – метеориты, которые, как предполагаются, содержат примордиальный материал, из которого формировалась Земля, обнаружили, что соотношение ¹⁴²Nd : ¹⁴⁴Nd в земной коре выше, чем в хондритах [2]. Нуклид ¹⁴²Nd является радиогенным атомом, который образуется в результате α-распада нуклида ¹⁴⁶Sm, образовавшегося на заре существования солнечной системы. Период полураспада этого нуклида составляет 68 миллионов лет, и в настоящее время его практически не осталось в солнечной системе. Неожиданное соотношение изотопов может значить, что в какой-то очень ранний момент истории земли самарий мог отделиться от неодима до того, как ¹⁴⁶Sm начал интенсивный распад до ¹⁴²Nd.

Карлсон и другие коллеги предположили, что такое фракционирование могло происходить за счет частичного плавления в ходе раннего формирования земной коры, однако это создает проблемы с поиском других свидетельств этого процесса в геологической летописи. Анке Волерс (Anke Wohlers) и Бернард Вудс (Bernard Wood) из Оксфорда предлагают альтернативную возможность – при столкновении молодой расплавленной Земли с высоковосстановленным богатым серой небесным телом неодим, который образует сульфиды легче, чем самарий, материал такого космического объекта мог инкорпорироваться с обогащенным железом материалом, который затем образовал ядро нашей планеты.

Были проведены эксперименты, показывающие, что неодим растворяется в сульфиде железа лучше, чем самарий. Уран также может попадать в расплавленный сульфид железа, поэтому наряду с неодимом в ядре мог накапливаться и уран. В настоящее время исследователи работают над попыткой отделения других элементов в сульфиды железа и иных металлов для того, чтобы найти геологические сигнатуры, способные подтвердить или опровергнуть их гипотезу.

Источники: [1] Nature, 2015, 520, 337 (DOI:10.1038/nature14350); [2] Science, 2005, 309, 576 (DOI: 10.1126/science.1113634)

метки статьи: #геохимия, #космохимия, #неорганическая химия, #радиохимия и химия высоких энергий