Сейсмология Земли и загадка происхождения Луны
Согласно наиболее популярной гипотезе образования Луны, наш небесный спутник возник в результате столкновения протопланеты Тейя с Землей 4.5 миллиарда лет назад. В результате этого столкновения Тейя разрушилась, ее осколки вместе с фрагментами Земли были выброшены в околоземное космическое пространство и со временем объединились в прото-Луну. В пользу подобного сценария образования Луны свидетельствует практически идентичное соотношение изотопов кислорода 16O, 17O, 18O в породах лунной коры и пород земной мантии и коры. Подобное соотношение изотопов указывает на то, что и Земля, и Луна образовались из одного слоя планетезималей на одном и том же расстоянии от Солнца. Есть и другие особенности системы Земля и Луна, которые находят разумное объяснения с позиций ударного образования Луны. В частности, в пользу этой гипотезы говорит крайне низкое содержание летучих веществ в лунных породах из-за возможного их испарения в результате взрыва.
Вполне естественно, что ученые: планетологи и космохимики ищут новые убедительные доказательства ударной гипотезы, впрочем, как и альтернативных. Свои надежды они связывают с новыми лунными экспедициями, которые позволят доставить на Землю образцы пород из лунных кратеров, могущих пролить дополнительный свет на химический состав лунной коры.
В последнее время неожиданную поддержку гипотеза ударного происхождения Луны получила со стороны сейсмологов, которые занимаются изучением прохождения сейсмических волн через многослойную структуру земного шара. Одним из пионеров сейсмологии был выдающийся немецкий ученый кенигсбержец Эмиль Вихерт, который разработал теорию автоматических сейсмографов, исследовал распределения масс внутри Земли и первым установил существование у нее ядра. И вот спустя 130 лет последователи Вихерта, проводя прецизионные сейсмические исследования Земли, выявили ряд крупномасштабных структур земной мантии под Западной Африкой и Тихим океаном, плотность и химический состав которых отличается от окружающих слоев земной мантии. Эти образования (их называют крупными областями с низкой скоростью сдвига – LLSVPs) достигают 1 тыс. километров в толщину и несколько тысяч километров в ширину. По мнению геохимика из университета Калифорнии Суджая Микопадхая, геофизические данные из Исландии и Самоа позволяют предположить, что LLSVPs – очень древние образования, существующие со времен образования Луны. Следы магмы, питающей извержения на этих островах, уходят вглубь к этим плотным слоям. Причем, в лаве в Исландии и на Самоа найдены следы изотопов радиоактивных элементов, которые существовали в первые сто миллионов лет истории Земли. Структурные и геофизические характеристики LLSVPs вполне могут быть объяснены на основе предположения, что они являются выкристаллизовавшимися областями древней магмы Земли. Но недавно высказано предположение, что эти образования планетарного масштаба являются остатками космического тела, которое 4,5 миллиарда лет назад врезалось в Землю. В пользу подобного предположения говорят результаты компьютерного моделирования столкновения Земли и Тейи, выполненные физиками из Аризонского университета. Расчеты физиков из Аризоны показали, что структуры подобные LLSVPs, могут возникнуть в результате ударного проникновения вещества гипотетической Тейи внутрь Земли и формирования там отдельных областей с большей плотностью, чем плотность земной мантии. Подобное проникновение вещества Тейи внутрь Земли возможно в случае косого удара и размеров Тейи, сравнимых с размерами Земли.
Могут ли результаты компьютерных расчетов быть убедительным доказательством того, что LLSVPs возникли в результате столкновения Тейи и Земли? И да, и нет. Да, потому что есть много примеров того, как компьютерное моделирование приводило к новым физическим открытиям. Нет, потому что в данном случае имеются спорные вопросы, на которые вычислительный эксперимент не может ответить. На них ответ могут дать только более тонкие и информативные физические эксперименты.