Цивилизация
Разница в изотопном составе железа магматических пород Земли и других небесных тел Солнечной системы сложилась при формировании ядра Земли в условиях сверхвысоких давлений на ранних этапах развития планеты. Никакие удары подобных Марсу объектов по молодой Земле к этому отношения не имеют, уверен Вениамин Поляков из Института экспериментальной минералогии в подмосковной Черноголовке.
По словам учёного, огромные давления на границе ядра и мантии Земли изменили химические свойства минералов таким образом, что силикатные породы нижних слоев мантии, прилежащих к ядру, обогащаются тяжелыми изотопами железа, а железное ядро – легкими. При низких давлениях этот процесс идет в обратном направлении, поэтому в обнаруживаемых учеными метеоритах, никогда не находившихся в условиях сверхвысоких давлений, обогащения силикатных пород тяжёлыми изотопами не наблюдается. По этой же причине не обогащены тяжёлым изотопом железа и силикатные магматические породы марсианского происхождения – давления в недрах этой легкой планеты сравнительно невелики. Масса Марса составляет около 11% от массы Земли.
Новый метод расчёта изотопных эффектов, описанный в опубликованной в Science статье, использует экспериментальные данные о колебательных спектрах железа при высоких давлениях. Такие спектры были впервые полученных американскими учеными при одновременном использовании синхротронной гамма-резонансной спектроскопии и техники алмазных наковален. Расчеты Полякова, основанные на этих данных, показали, что изменение химических свойств железа при давлениях порядка 100 ГПа приводит к обогащению тяжелым изотопом железосодержащих минералов нижней мантии – ферропериклаза и постперовскита, находящихся в непосредственном контакте с ядром Земли.
Обогащение земных пород тяжелыми изотопами железа до сих пор ученые объясняли теорией гигантского столкновением Земли с другим большим небесным телом размером с Марс или даже больше, которое состоялось в далеком прошлом. Это столкновение выбило большое количество земного вещества, впоследствии оформившееся в спутник земли - Луну. Огромная энергия этого столкновения привела к испарению некоторой части земной материи в космическое пространство, в ходе которого лучше испарялись легкие изотопы элементов.
Работы по изучению равновесного распределения изотопов железа между различными минералами Поляков начал еще в середине 90-х годов прошлого века, когда он впервые теоретически обосновал связь между равновесным фракционированием изотопов в земных минералах и температурным сдвигом в спектрах Мёссбауэра. На этой основе, была найдена зависимость между степенью окисления железа в химических природных соединениях и степенью их обогащения тяжелыми изотопами железа. Зависимость изотопного состава от окислительного состояния не только подтвердилась дальнейшими многочисленными экспериментальными исследованиями, но и оказалась справедливой для распределения изотопов других переходных металлов.
