Twee fragmenten van protoplaneet Theia liggen diep in de Aarde

Een gigantische botsing tussen de oude protoplaneet Theia en de proto-Aarde, ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, heeft mogelijk de Maan van de Aarde gevormd, evenals twee regio’s ter grootte van een continent – formeel bekend als Large Low-shear-Velocity Provinces (LLVP) – binnen de aardmantel, aldus een onderzoeksteam geleid door wetenschappers van Caltech.

In de jaren ’80 ontdekten wetenschappers twee gebieden ongewoon materiaal ter grootte van een continent diep nabij het centrum van de Aarde: één onder het Afrikaanse continent en één onder de Stille Oceaan.

Elk gebied is twee keer zo groot als de Maan en bestaat waarschijnlijk uit verschillende verhoudingen van elementen dan de omringende mantel.

Waar deze vreemde gebieden – formeel bekend als LLVP’s – vandaan komen was onbekend.

“Het ontstaan van aardse planeten eindigt met een aantal gigantische inslagen onder planetaire embryo’s ter grootte van de Maan en Mars”, aldus Caltech-onderzoeker Qian Yuan en collega’s.

Het goed bestudeerde gigantische impactscenario houdt in dat een protoplaneet, Theia, in botsing komt met de proto-aarde. In het onderzoek gebruikten de auteurs computersimulaties om een verklaring voor LLVP’s op te stellen. Er wordt gesuggereerd dat het materiaal in deze gebieden tussen 2,0 en 3,5% dichter is dan de omringende mantel.

De simulaties laten zien dat LLVP’s mogelijk begraven relikwieën vertegenwoordigen van Theia-mantelmateriaal dat werd bewaard in de mantel van de proto-aarde na de maanvormende gigantische inslag.

Er wordt aangenomen dat deze Theia-relikwieën tientallen kilometers in doorsnee waren, en de auteurs suggereren dat ze naar het lagere deel van de mantel zijn gezonken en zich hebben opgehoopt om dichte gebieden boven de kern van de Aarde te vormen.

Een logisch gevolg van het idee dat de LLVP’s overblijfselen zijn van Theia is dat ze heel oud zijn, aldus de onderzoekers.

Volgens de onderzoekers is het daarom zinvol om vervolgens te onderzoeken welke gevolgen deze hadden voor de vroegste evolutie van de Aarde, zoals het begin van subductie, voordat de omstandigheden geschikt waren voor moderne platentektoniek, en de oorsprong van de oudste overlevende aardse mineralen.

Volgens professor Hongping Deng, onderzoeker aan het Shanghai Astronomical Observatory dagen hun bevindingen het traditionele idee uit dat de gigantische inslag leidde tot de homogenisering van de vroege Aarde.

In plaats daarvan lijkt de maanvormende gigantische inslag de oorsprong te zijn van de heterogeniteit van de vroege mantel en het startpunt te markeren voor de geologische evolutie van de Aarde in de loop van de 4,5 miljard jaar.

Het lijkt erop dat de Maan materialen bevat die representatief zijn voor zowel de Aarde als Theia vóór de inslag, maar men dacht dat alle overblijfselen van Theia op de Aarde door miljarden jaren van dynamiek zouden zijn gewist en gehomogeniseerd (bijvoorbeeld door convectie) binnen de Aarde.

Dit is het eerste onderzoek dat aantoont dat er zich op de grens van de kern en de mantel nog steeds afzonderlijke “stukken” Theia in de Aarde bevinden.

Het lijkt erop dat de gebieden in het binnenste van de Aarde overblijfselen zijn van een planetaire botsing waaruit onze Maan is ontstaan. Met andere woorden: enorme gebieden die zich momenteel diep in de Aarde bevinden, buitenaards zijn.

Door nauwkeurige analyse van een breder scala aan gesteentemonsters, gecombineerd met meer verfijnde gigantische inslagmodellen en modellen voor de evolutie van de Aarde, kunnen we de materiaalsamenstelling en orbitale dynamiek van de oorspronkelijke aarde, Gaia en Theia afleiden, aldus de onderzoekers.

Hierdoor kunnen onderzoekers de hele geschiedenis van het ontstaan van het binnenste zonnestelsel in kaart brengen. Dit onderzoek biedt zelfs inspiratie voor het begrijpen van het ontstaan en bewoonbaarheid van exoplaneten buiten ons zonnestelsel zeggen de onderzoekers.

Het onderzoek werd in het tijdschrift Nature gepubliceerd.

Artikel: Q. Yuan et al. 2023. Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies. Nature 623, 95-99; doi: 10.1038/s41586-023-06589-1

Eerste publicatie: 2 november 2023
Bron: sci-news