科学者たちは、地球の深いマントルが古代の惑星の神学の断片を保持し、月の起源と地球の形成年に関する新しい洞察を提供することを発見しました。
学際的な国際研究チームは最近、地球の内部の奥深くにある大規模な異常が月を形成した約45億年前。
この研究は、地球の内部構造だけでなく、その長期的な進化と内部太陽系の形成に関する重要な新しい洞察を提供します。
この研究は、中国科学アカデミーの上海天文台（SHAO）のHongping Deng教授によって開拓された計算流体ダイナミクス法に依存しており、ジャーナルの特集表紙として出版されました。自然11月2日。
月の層の謎
月の形成は、数世代の科学者にとって永続的な謎でした。一般的な理論は、約45億年前の地球の成長の後期段階で、「巨大な影響」として知られる大規模な衝突が原始地球（GAIA）とTheiaとして知られるMARSサイズの原始惑星の間に発生することを示唆しています。月は、この衝突によって生成された破片から形成されたと考えられています。
数値シミュレーションは、月が主にTheiaから材料を継承した可能性が高いことを示していますが、ガイアはそのはるかに大きいため、Theian Materialによって軽度に汚染されただけです。
標準的な月を形成する巨大な影響のMFMシミュレーション。ここでは、異なる色がガイアとテアの異なるコンポーネントを追跡します。 0.8の地球半径（re）の半径の破線の円で示されるガイアの下部マントルは、theianマントルによってわずかに汚染されているだけです。クレジット：Rongxi BiとHongping Deng
ガイアとテアは比較的独立した層であり、さまざまな材料で構成されていたため、理論は、ガイアンの物質が支配する月と地球によって支配されている月が、異なる構成を持つべきであると示唆しました。しかし、高精度の同位体測定により、地球と月の組成が非常に類似していることが明らかになり、月の形成の従来の理論に挑戦していることが明らかになりました。
その後、巨大な影響のさまざまな洗練されたモデルが提案されていますが、それらはすべて課題に直面しています。
地球のマントルの謎を明らかにする
月の形成の理論をさらに洗練するために、Deng教授は2017年に月の層に関する研究の実施を開始しました。彼は、乱流と材料混合を正確にモデル化するメッシュレス有限質量（MFM）と呼ばれる新しい計算流体ダイナミクス法の開発に焦点を当てました。
この新しいアプローチを使用して、巨大な衝撃の多数のシミュレーションを実施して、Deng教授は、初期の地球が衝撃後にマントルの層別化を示し、上部と下部のマントルが異なる組成と状態を持っていることを発見しました。具体的には、上部のマントルは、ガイアとテアからの材料の徹底的な混合によって作成されたマグマの海を特徴としていましたが、下のマントルはほとんど固体のままで、ガイアの材料組成を保持しました。
「以前の研究では、デブリディスク（月の前駆体）の構造に過度に重点を置いており、初期の地球への巨大な衝突の影響を見落としていました」とデンは言いました。
LLVPSとTheiaの遺産
チューリッヒのスイス連邦工科大学の地球物理学者との議論の後、Deng教授と協力者は、このマントルの層別化が現在まで持続している可能性があることに気付きました。具体的には、Deng教授の以前の研究によると、地球の下部マントル全体は、依然として上部マントルとは異なる元素組成（より高いシリコン含有量を含む）を持つインパクト前のガイアン材料によって支配されている可能性があります。
「私たちの調査結果は、巨大な影響が初期の地球の均質化につながったという伝統的な概念に挑戦しています」とデン教授は言いました。 「代わりに、月を形成する巨大な影響は、初期のマントルの不均一性の起源であるように見え、45億年にわたる地球の地質学的進化の出発点となります。」
地球のマントルの不均一性のもう1つの例は、2つの異常な領域、つまり大きな低速度圏（LLVPS）を呼び、マントルの基部に数千キロの伸びです。 1つはアフリカのテクトニックプレートの下にあり、もう1つは太平洋構造プレートの下にあります。地震波がこれらの領域を通過すると、波の速度が大幅に低下します。
LLVPは、マントルの進化、超コンテンツの分離と凝集、および地球の構造プレート構造に大きな意味を持ちます。しかし、それらの起源は謎のままです。
カリフォルニア工科大学のQianYuan博士は、協力者とともに、LLVPがガイアの下部マントルに入った少量のTheian素材から進化した可能性があると提案しました。彼らはその後、巨大な衝撃の後、深い地球の材料の分布と状態を探求するようにデン教授を招待しました。
以前の巨大インパクトシミュレーションの詳細な分析と、より高精度の新しいシミュレーションを実施することにより、研究チームは、地球の質量の約2％のかなりの量のTheianマントル材料がガイアの下部マントルに入ることを発見しました。
その後、Deng教授は、計算の天体物理学者であるJacob Kegerreis博士を招待して、従来の平滑粒子流体力学（SPH）法を使用してこの結論を確認しました。
また、研究チームは、月の岩と同様に、このTheian Mantle材料が鉄で濃縮されており、周囲のガイアン材料よりも密度が高いと計算しました。その結果、マントルの底に急速に沈み、長期マントル対流の過程で2つの顕著なLLVP領域を形成しました。これらのLLVPは、45億年にわたる地質学的進化を通じて安定しています（記事の上部の画像を参照）。
古代の不均一性の表面表現
深いマントルの不均一性は、ミッドマントルリフレクターであろうとベースのLLVPであろうと、地球の内部が均一で「退屈な」システムから遠く離れていることを示唆しています。実際、ハワイやアイスランドを形成する可能性が高いマントル対流によって引き起こされるマントルの湧昇熱電流（マントルの湧昇熱電流）によって、少量の深部座りの不均一性を表面にもたらすことができます。
たとえば、アイスランドの玄武岩のサンプル中の希少ガスの同位体比を研究する地球化学者は、これらのサンプルに典型的な表面材料とは異なる成分が含まれていることを発見しました。これらのコンポーネントは、45億年以上遡る深いマントルの不均一性の残骸であり、地球の初期状態や近くの惑星の形成を理解するための鍵として機能します。
ユニバーサルアプリケーションの想定
ユアン博士によれば、「より洗練された巨大な衝撃モデルと地球進化モデルと組み合わせた、より広い範囲の岩サンプルの正確な分析により、原始地球、ガイア、およびテアの材料組成と軌道のダイナミクスを推測することができます。
Deng教授は、現在の研究でさらに広範な役割を見ています。「この研究は、太陽系を超えた脱結成の形成と居住性を理解するためのインスピレーションさえも提供します。」
この研究の詳細については、参照してください地球の深いマントルの奇妙な塊は古代の惑星の遺跡です。
参照：「ムーンフォーミングメリケーションの地震マントルアノマリーの源泉としてのメリケーション」Qian Yuan、Mingming Li、Stve J. Desch、Byeongkwan Ko、Hongping Deng、Edward J. Garnero、Travis SJ Gagerreis、Yoshinori Miya、Paul d。 2023年11月、自然。
2：10.1038/s41586-023-06589-1
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