Интересная статья сегодня в Архиве. Авторы сравнили изотопные соотношения неона из пузырьков газа, заключенных в базальтах срединно-океанических хребтов и базальтах океанских островов, с предсказаниями различных моделей и нашли, что на момент рассеяния газового протопланетного диска масса прото-Земли составляла примерно 0.3 масс Земли:
https://arxiv.org/pdf/2511.16859Идея тут такая. Инертные газы не вступают в химические реакции, поэтому их изотопные соотношения показывают пути их доставки на Землю без искажений, вызываемых взаимодействием газов с веществом поверхности и недр. Среди них особенно полезны не радиоактивные изотопы, не являющиеся продуктом или источником ядерного распада. При этом легкие инертные газы (например, неон) не захватываются из атмосферы в зонах субдукции, как криптон и ксенон. Изотопные отношения неона из пузырьков газа, заключенного в базальты срединно-океанических хребтов и океанских островов, соответствуют изотопным отношениям неона в веществе верхней и нижней мантии Земли.
Измеренное отношение
20Ne/
22Ne в базальтах Галапагосских островов составляет 13.23 ± 0.22.
Как неон мог попасть в мантию? На этот счет есть три гипотезы.
1. Прото-Земля захватила неон вместе с газом протопланетной туманности (а это значит, что Земля частично сформировалась еще до рассеяния газового диска).
2. Земля аккрецировала твердое вещество, обогащенное неоном из-за его облучения частицами солнечного ветра.
3. Земля аккрецировала большое количество углистых хондритов, обогащенных летучими элементами, в том числе неоном.
Все три гипотезы предсказывают разное отношение
20Ne/
22Ne:
1. 13.36 ± 0.18
2. 10.67 ± 0.02
3. 12.5 ± 0.2.
При этом в атмосфере Земли
20Ne/
22Ne = 9.80 ± 0.01.
Тем самым авторы приходят к выводу, что неон попал в земную мантию непосредственно из протосолнечной туманности.
Дальше они пытаются рассчитать массу планетного эмбриона (прото-Земли), когда это все случилось. Прото-Земля, погруженная в протосолнечную туманность, считалась состоящей из железного ядра, расплавленной силикатной мантии и газовой оболочки, которая в силикатной мантии частично растворялась. Температура поверхности считалась больше 1600 К для возможности растворения газа в магме.
В итоге они нашли, что для наблюдаемого изотопного отношения неона в мантии этот неон должен был раствориться в прото-Земле с массой ~0.3 масс Земли, причем газовый диск уже был в значительной степени рассеян (в нем оставалось 0.1-1% газа). Возраст Солнечной системы на этот момент оценивается в 1-5 млн. лет.
Также авторы полагают, что в истории формирования Земли было по крайней мере два гигантских столкновения, а не один, приведший к образованию Луны.
