Ученые во главе с Полом Сэвэджем (Paul Savage) из Даремского университета (Великобритания) изучили изотопное распределение меди на поверхности Земли и сравнили его с аналогичным распределением в метеоритах. В результате исследователи пришли к выводу, что 90 процентов всей земной серы «утонуло» в ядре и наиболее правдоподобным объяснением этому является древнее столкновение Земли с другой планетой. Соответствующая работа
в
.
Сама сера является довольно легкоплавким и поэтому склонным к миграции веществом, из-за чего точные данные по ее изотопному составу получить непросто. Поэтому авторы обратились к меди, имеющей значительное сродство к сере и часто образующей с ней соединения, но менее склонной к миграции. Сперва ученые измерили доли различных изотопов меди в земной коре и в породах, сформировавшихся в результате недавнего поднятия из мантии. Затем они сравнили полученные изотопные соотношения по меди с аналогичными в метеоритах из подгруппы хондритов. Последние сформировались из вещества протопланетного облака и поэтому по составу считаются очень близкими к первичному составу Земли. Выяснилось, что доля меди-65 для земных образцов на 0,025 процентов меньше доли того же изотопа в хондритных метеоритах.
Дефицит в коре и мантии изотопов меди, более склонных к образованию соединений с серой, указывает на то, что значительная ее часть из мантии куда-то делась. По мнению исследователей, единственным местом, где может находиться «потерянная» сера, является земное ядро. По их расчетам, в нем содержится 8,5 квинтиллионов тонн серы, что составляет 90 процентов от ее общего количества на планете, и всего в 10 раз меньше массы Луны.
Возникает вопрос о том, что могло привести к столь избирательной миграции серы из мантии в ядро. Ее гравитационная дифференциация в нормальных условиях потребовала бы больше времени, чем существует наша планета. Поэтому авторы считают, что миграция серы случилась из-за разогрева мантии, при котором соединения серы (и меди) расплавились и образовали значительный жидкий слой в мантии Земли. После этого миграция серосодержащих соединений к ядру могла проходить значительно быстрее, что и объясняет найденное учеными изотопное расхождение для земной и метеоритный меди.
По их мнению, наиболее правдоподобный причиной такой разогрева мантии было столкновение Земли с планетой Тейя, случившееся несколько миллиардов лет назад и приведшее к образованию Луны из выбитого в космос земного материала.
Ранее наблюдения за распространением сейсмических волн через внутренние области Земли показали, что ядро планеты разделено на две части: твердую внутреннюю и жидкую внешнюю. Обе состоят в основном из железа с примесью никеля, однако около 10 процентов массы внешней части ядра приходится на легкие элементы. На протяжении длительного времени одни исследователи утверждали, что среди этих легких элементов доминирует кислород, другие склонялись в пользу серы. Новое исследование, скорее, подкрепляет точку зрения второй группы геологов.