Księżyc powstał 120 milionów lat później niż dotąd sądzono

Księżyc powstał 120 milionów lat później niż dotąd sądzonoOriginal Press Release
Astronomowie w większości sądzą, że Ziemia i Księżyc powstały w wyniku gigantycznej kolizji między planetami o rozmiarach zbliżonych do Marsa i Wenus.

Wiek Ziemi i Księżyca ustaliliśmy za pomocą badania izotopów wolframu, który pozwala także ustalić czy rdzenie żelazne i ich kamienne powierzchnie zostały wymieszane w trakcie kolizji

Tais W. Dahl

Planety Układu Słonecznego powstały w wyniku zderzeń między małymi planetami karłowymi krążącymi wokół nowo narodzonego Słońca. W trakcie zderzeń mniejsze planety stapiały się razem tworząc coraz większe planety. Ziemia i Księżyc są wynikiem olbrzymiej kolizji między planetami o rozmiarach Marsa i Wenus. Planety te zderzyły się gdy obie posiadały już żelazne jądra otoczone płaszczem skał krzemianowych. Jednak kiedy to się zdarzyło i w jaki sposób? Zderzenie i stopienie protoplanet zajęło mniej niż 24 godziny a osiągnięta przy tym temperatura – rzędu 7000°C – była tak wysoka, że zarówno skały jak i żelazne jądra stopiły się w turbulentnej kolizji. Ale czy masy skał i żelaza również uległy wymieszaniu ?

Do niedawna sądzono, że zarówno skały jak i żelazo całkowicie wymieszały się w trakcie zderzenia, z czego wynikał między innymi wniosek, że Księżyc powstał gdy Układ Słoneczny miał około 30 milionów lat. Jednak nowe badania wskazują na inny scenariusz.

Wiek Ziemi i Księżyca można ustalić badając obecność wybranych pierwiastków w płaszczu Ziemi. Hafn-182 to pierwiastek radioaktywny, który podczas rozpadu przekształca się w izotop 182 Wolframu. Oba pierwiastki mają wyraźnie odmienne właściwości chemiczne, i podczas gdy izotopy wolframu preferując wiązania z metalami, hafn preferuje krzemiany. Całkowity rozpad hafnu do wolframu zabiera 50 – 60 milionów lat. W trakcie kolizji, której efektem było powstanie Księżyca prawie cały metal przemieścił się w kierunku jądra Ziemi. Jednak czy cały wolfram również podążył śladem metali?

„Zbadaliśmy do jakiego stopnia skały i metale mieszają się w trakcie kolizji odpowiedzialnych za formowanie planet. Wykorzystują dynamiczne modele obliczeniowe turbulentnego mieszania się płynnych skał i mas żelaza odkryliśmy, że izotopy wolframu z wczesnych etapów powstawania Ziemi pozostają w skalistym płaszczu „- wyjaśnia Tais W. Dahl, który prowadził swe badania w Instytucie Nielsa Bohra Uniwersytetu Kopenhaga we współpracy z prof. Davidem J. Stevensonem z Caltech.

Uzyskany wynik oznacza, że zderzenie, które stworzyło Księżyc, miało miejsce po tym, jak cały hafn rozpadł się tworząc wolfram.

„Nasze wyniki dowodzą, że żelazne jądra i skały nie są w stanie stworzyć emulsji w trakcie kolizji planet o średnicach większych niż 10 kilometrów, a co za tym idzie większość ziemskiego żelaznego jądra nie usunęła wolframu z skalistego materiału płaszcza w trakcie zderzenia „- wyjaśnia Dahl.

Oznacza to, że Ziemia i Księżyc powstały znacznie później nie pierwotnie sądzono: nie 30 milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego, ale nawet do 120 milionów lat później.

Źródła:

The Earth and Moon formed later than previously thought

The Earth and Moon formed later than previously thought

The Earth and Moon were created as the result of a giant collision between two planets the size of Mars and Venus. Until now it was thought to have happened when the solar system was 30 million years old or approx. 4,537 million years ago. But new research from the Niels Bohr Institute shows that the Earth and Moon must have formed much later – perhaps up to 150 million years after the formation of the solar system. The research results have been published in the scientific journal, Earth and Planetary Science Letters.

„We have determined the ages of the Earth and the Moon using tungsten isotopes, which can reveal whether the iron cores and their stone surfaces have been mixed together during the collision”, explains Tais W. Dahl, who did the research as his thesis project in geophysics at the Niels Bohr Institute at the University of Copenhagen in collaboration with professor David J. Stevenson from the California Institute of Technology (Caltech).

Turbulent collisions

The planets in the solar system were created by collisions between small dwarf planets orbiting the newborn sun. In the collisions the small planets melted together and formed larger and larger planets. The Earth and Moon are the result of a gigantic collision between two planets the size of Mars and Venus. The two planets collided at a time when both had a core of metal (iron) and a surrounding mantle of silicates (rock). But when did it happen and how did it happen? The collision took place in less than 24 hours and the temperature of the Earth was so high (7000o C), that both rock and metal must have melted in the turbulent collision. But were the stone mass and iron mass also mixed together?

Until recently it was believed that the rock and iron mixed completely during the planet formation and so the conclusion was that the Moon was formed when the solar system was 30 million years old or approximately 4,537 million years ago. But new research shows something completely different.

Dating with radioactive elements

The age of the Earth and Moon can be dated by examining the presence of certain elements in the Earth’s mantle. Hafnium-182 is a radioactive substance, which decays and is converted into the isotope tungsten-182. The two elements have markedly different chemical properties and while the tungsten isotopes prefer to bond with metal, hafnium prefers to bond to silicates, i.e. rock.

It takes 50-60 million years for all hafnium to decay and be converted into tungsten, and during the Moon forming collision nearly all the metal sank into the Earth’s core. But did all the tungsten go into the core?

„We have studied to what degree metal and rock mix together during the planet forming collisions. Using dynamic model calculations of the turbulent mixing of the liquid rock and iron masses we have found that tungsten isotopes from the Earth’s early formation remain in the rocky mantle”, explains Tais W. Dahl, Niels Bohr Institute at the University of Copenhagen.

The new studies imply that the moon forming collision occurred after all of the hafnium had decayed completely into tungsten.

„Our results show that metal core and rock are unable to emulsify in these collisions between planets that are greater than 10 kilometres in diameter and therefore that most of the Earth’s iron core (80-99 %) did not remove tungsten from the rocky material in the mantle during formation”, explains Tais W. Dahl.

The result of the research means that the Earth and the Moon must have been formed much later than previously thought – that is to say not 30 million years after the formation of the solar system 4,567 million years ago but perhaps up to 150 million years after the formation of the solar system.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *