Під Африкою і під Тихим океаном, біля межі мантії та ядра, на глибині майже 2900 кілометрів лежать дві структури, що не схожі на решту надр. Кожна завбільшки з континент. Геофізики знають про них уже сорок років, але лише недавно зʼявилося пояснення, яке звучить як фантастика: це можуть бути залишки іншої планети.

Як зазирнути на глибину 2900 кілометрів

Зазирнути на глибину 2900 кілометрів можна лише одним способом: слухати землетруси. Сейсмічні хвилі проходять крізь усю планету, і мережі станцій по всьому світу фіксують, скільки часу вони йдуть. Якщо хвиля десь запізнюється, отже, на її шляху речовина з іншими властивостями.

У 1980-х зʼявилися перші ознаки великих тривимірних неоднорідностей у глибині Землі. Згодом картина стала чіткою: дві гігантські ділянки, одна під Африкою, друга під Тихим океаном, де хвилі помітно сповільнюються. Їх назвали великими провінціями низьких швидкостей. Речовина в них щільніша за навколишню мантію й багатша на залізо.

Планета, від якої не лишилося сліду

Найпоширеніше пояснення походження Місяця таке: приблизно 4,5 мільярда років тому в молоду Землю врізалася планета розміром приблизно з Марс. Її називають Теєю. Із розкиданих уламків утворився Місяць.

Але ця гіпотеза мала незручне питання: де ж сама Тея? Слідів ударника на Землі не знаходили. Саме це у 2019 році на семінарі в Університеті штату Аризона почув геофізик Цянь Юань. Доповідач розповідав про гігантське зіткнення, Юань зауважив, що Місяць відносно багатий на залізо, а лектор додав, що слідів ударника так і не знайдено. Юань згадував, що в ту мить у нього був момент «еврика».

Багатий на залізо ударник міг перетворитися на ці мантійні брилиЦянь Юань, Caltech

Що показали моделі

Ідею перевірили комп'ютерним моделюванням, і в листопаді 2023 року її опублікував рецензований журнал Nature. Ключовим виявився результат симуляцій удару з високою роздільністю: більша частина енергії лишилася у верхній половині мантії. Нижня мантія виявилася холоднішою, ніж вважали за старими, грубішими моделями, і не розплавилася повністю.

Тому брили багатої на залізо речовини Теї, що потрапили глибоко в Землю, не змішалися з мантією. Вони були щільнішими, приблизно на 2–3,5%, і поступово осіли на її дно. В Caltech порівнюють це з вимкненою лавовою лампою, на дні якої лежать грудки парафіну. Якби нижня мантія була гарячішою, речовина розмішалася б, як фарби в каструлі. За оцінкою Caltech, кожна з брил тепер приблизно вдвічі більша за Місяць.

Що тут не доведено

Важливо розрізняти: брили під Африкою і Тихим океаном реально існують, це вимірювання. А от те, що вони з Теї, поки лише гіпотеза. Є й інші пояснення. Одне з них: це накопичена за мільярди років океанічна кора, яка занурювалася в мантію в зонах субдукції. Друге: залишки первісного шару, що утворився, коли мантія молодої Землі ще тверділа.

Модель Теї також чутлива до вихідних припущень: щільності речовини, розміру уламків, того, наскільки сильно вона змішалася. А ще Земля й Місяць дивовижно схожі за ізотопним складом, і це вже давно ускладнює прості моделі зіткнення.

Чому це важливо

Якщо гіпотеза підтвердиться, вийде, що матеріал іншої планети не просто зник, а впливав на розвиток Землі з самого початку. Брили біля ядра повʼязують з мантійними плюмами, висхідними потоками гарячої породи. Автори пропонують наступним кроком дослідити, як ця речовина могла вплинути на ранню геологію: появу перших континентів і початок тектоніки плит.

Перевірити все це можна лише непрямо: точнішими сейсмічними картами надр, геохімією порід, що піднімаються з великих глибин, і новими зразками з Місяця. А поки виходить, що шматок іншої планети, можливо, ближче за будь-який метеорит: просто під нашими ногами.

Ілюстрація: NASA/JPL-Caltech.