В то время как марсоход NASA Pathfinder, Sojourner, обнюхивает камни на поверхности Марса, геологи Мичиганского университета завершили собственный анализ марсианских камней здесь, на Земле. Результаты U-M анализа изотопов вольфрама в марсианских метеоритах, опубликованные в выпуске Nature за эту неделю, показывают, что Sojourner находится на планете, внутренняя структура которой практически не изменилась с самой ранней истории нашей Солнечной системы.
"Изотопный состав вольфрама восьми метеоритов, проанализированных в нашем исследовании, указывает на то, что крупномасштабная конвекция, которая вызывает тектоническое движение плит и перемешивает мантию Земли, по-видимому, не имела значения на протяжении большей части истории Марса", сказал Александр Н. Холлидей, профессор геологических наук штата Массачусетс. «Данные также предполагают, что Марс формировался быстро и дифференцировался в начале истории Солнечной системы - примерно на 20–40 миллионов лет быстрее, чем собственная дифференциация Земли на плотное металлическое ядро, частично расплавленную мантию из силикатных пород и тонкую поверхностную кору».
Ученые считают, что планеты в нашей Солнечной системе начали формироваться около 4,57 миллиарда лет назад из огромного облака межзвездного газа, пыли и мусора, оставшихся после рождения Солнца. Земля и другие каменистые планеты во внутренней части Солнечной системы постепенно строились в течение миллионов лет, поскольку их гравитационное притяжение притягивало все большие и большие куски материала из облака.
«Похоже, что Марс сформировался в течение 10 миллионов лет на очень раннем этапе существования Солнечной системы», - сказал Дер-Чуэн Ли, научный сотрудник Университета штата Массачусетс в области геологических наук и соавтор исследования. исследование. «В этот период формирования энергия, высвобождаемая из поступающих горных пород и обломков, а также распада короткоживущих радиоактивных нуклидов быстро накапливалась внутри растущей планеты. Это внутреннее тепло могло образовать неглубокий магматический океан у поверхности Марса».
Металлические жидкости в этом магматическом океане должны были оседать в центре планеты, формируя ядро, в то время как более легкие силикаты всплывали наверх, по словам Ли. Этот процесс был практически завершен где-то между 10 и 30 миллионами лет после образования Солнечной системы.
С тех пор геологическая активность на Марсе была вялой, эпизодической и локализованной по сравнению с активностью на Земле. Без постоянного вспенивания, плавления и перемешивания мантии и поверхностной коры, вызванных активной тектоникой плит, некоторые черты химического и изотопный состав марсианских недр сохранились с момента образования ядра более 4,53 миллиарда лет назад», - сказал Холлидей.
Сегрегация металлического ядра на Земле не была завершена в течение еще 20-30 миллионов лет, по словам Холлидея. В предыдущих исследованиях изотопов вольфрама Ли и Холлидей нашли доказательства того, что ядро Земли сформировалось только через 50 миллионов лет после образования Солнечной системы.
Вполне вероятно, что это затянувшееся развитие на Земле включало столкновение с массивным объектом, вызвавшее массовое таяние и перемешивание материала на растущей планете. Однако наше текущее исследование не дало никаких доказательств столь позднего столкновения на Земле. Марс, - сказал Холлидей.
Холлидей и Ли использовали новую технику, называемую масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой с несколькими коллекторами, для измерения относительного содержания изотопов вольфрама в марсианских метеоритах и акондритах – богатых силикатами обломках астероидов, образовавшихся вскоре после образования Солнечной системы.
Гафний-182 - вымерший радиоактивный изотоп, которого было относительно много в ранней Солнечной системе. Сравнивая относительное количество гафния и вольфрама с относительным обогащением дочернего изотопа вольфрама-182 в этих метеоритах, мы можем рассчитать, как быстро изменилось соотношение гафния и вольфрама в ранних объектах Солнечной системы», - сказал Холлидей.
Гафний, как правило, входит в состав силикатных минералов горных пород, в то время как вольфрам имеет сродство к железу. Когда плотные богатые железом расплавы отделяются от силикатных расплавов, вольфрам погружается в металлическое ядро планеты, а гафний концентрируется в мантии.. Если вы удалите часть вольфрама раньше, эффекты всего последующего процесса распада будут изменены. Мы можем сказать, когда это произошло, измерив содержание вольфрама-182. С помощью нового метода масс-спектрометрии ICPMS с несколькими коллекторами мы можем обнаружить различия в соотношениях изотопов всего лишь в несколько миллиардных долей грамма вольфрама».
Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Министерством энергетики США, НАСА и Мичиганским университетом. Метеориты, проанализированные в исследовании, были из коллекций НАСА, Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия, Национального музея естественной истории в Париже и Музея Филда в Чикаго.