Предыдущая публикация
3D-визуализация показывает, что расплавленный сульфид может просачиваться сквозь твёрдую породу
Марсоход NASA «Персеверанс» двигался по руслу древней реки Неретва-Валлис, когда он запечатлел этот представляющий научный интерес участок под названием «Светлый ангел» — светлая область вдалеке справа. На этом участке есть светлые скалистые обнажения, которые могут представлять собой либо древние отложения, позже заполнившие русло, либо, возможно, гораздо более древние породы, которые впоследствии обнажились в результате речной эрозии.Фото: NASA/JPL-Caltech Снимок в усиленных цветах, освещение приближено к земному.
-----------------------
Новое исследование НАСА раскрывает удивительный способ формирования планетарных ядер, который может изменить представление учёных о ранней эволюции каменистых планет, таких как Марс.
Исследование, проведённое группой молодых учёных и исследователей с большим опытом работы в отделе исследований астроматериалов и космических исследований (ARES) Космического центра имени Линдона Джонсона НАСА в Хьюстоне, представляет собой первое прямое экспериментальное и геохимическое доказательство того, что расплавленный сульфид, а не металл, может просачиваться сквозь твёрдую породу и образовывать ядро — даже до того, как силикатная мантия планеты начнёт плавиться.
Работа опубликована в Nature Communications:
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58517-8
На протяжении десятилетий учёные считали, что для формирования ядра требуется крупномасштабное плавление планетарного тела с последующим опусканием тяжёлых металлических элементов в центр. Это исследование предлагает новый сценарий, особенно актуальный для планет, формирующихся дальше от Солнца, где серы и кислорода больше, чем железа.
В таких богатых летучими веществами средах сера ведёт себя как дорожная соль на обледенелой улице — она снижает температуру плавления, вступая в реакцию с металлическим железом и образуя сульфид железа, который может мигрировать и объединяться в ядро. До сих пор учёные не знали, может ли сульфид проходить через твёрдые породы в реалистичных условиях формирования планет.
Результаты исследования позволили учёным напрямую наблюдать за этим процессом с помощью трёхмерных изображений высокого разрешения, что подтвердило давние теории о том, как может происходить формирование ядра в результате просачивания, при котором плотный жидкий сульфид проходит через микроскопические трещины в твёрдой породе.
«Мы действительно могли видеть в полном 3D-изображении, как сульфидные расплавы перемещались в экспериментальном образце, просачиваясь в трещины между другими минералами», — сказал доктор Сэм Кроссли из Университета Аризоны в Тусоне, который руководил проектом, будучи постдокторантом в отделе ARES НАСА имени Джонсона.
«Это подтвердило нашу гипотезу о том, что в условиях планеты эти плотные расплавы мигрируют к центру тела и образуют ядро ещё до того, как начнёт плавиться окружающая порода».
Для воссоздания условий формирования планет в лабораторных условиях требовалась не только экспериментальная точность, но и тесное сотрудничество между молодыми учёными из ARES, которые разрабатывали новые способы наблюдения и анализа результатов. Высокотемпературные эксперименты сначала проводились в лаборатории экспериментальной петрологии, после чего полученные образцы — или «продукты эксперимента» — доставлялись в лабораторию рентгеновской компьютерной томографии (XCT) НАСА имени Джонсона для получения изображений.
-----------------------
Новое исследование НАСА раскрывает удивительный способ формирования планетарных ядер, который может изменить представление учёных о ранней эволюции каменистых планет, таких как Марс.
Исследование, проведённое группой молодых учёных и исследователей с большим опытом работы в отделе исследований астроматериалов и космических исследований (ARES) Космического центра имени Линдона Джонсона НАСА в Хьюстоне, представляет собой первое прямое экспериментальное и геохимическое доказательство того, что расплавленный сульфид, а не металл, может просачиваться сквозь твёрдую породу и образовывать ядро — даже до того, как силикатная мантия планеты начнёт плавиться.
Работа опубликована в Nature Communications:
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58517-8
На протяжении десятилетий учёные считали, что для формирования ядра требуется крупномасштабное плавление планетарного тела с последующим опусканием тяжёлых металлических элементов в центр. Это исследование предлагает новый сценарий, особенно актуальный для планет, формирующихся дальше от Солнца, где серы и кислорода больше, чем железа.
В таких богатых летучими веществами средах сера ведёт себя как дорожная соль на обледенелой улице — она снижает температуру плавления, вступая в реакцию с металлическим железом и образуя сульфид железа, который может мигрировать и объединяться в ядро. До сих пор учёные не знали, может ли сульфид проходить через твёрдые породы в реалистичных условиях формирования планет.
Результаты исследования позволили учёным напрямую наблюдать за этим процессом с помощью трёхмерных изображений высокого разрешения, что подтвердило давние теории о том, как может происходить формирование ядра в результате просачивания, при котором плотный жидкий сульфид проходит через микроскопические трещины в твёрдой породе.
«Мы действительно могли видеть в полном 3D-изображении, как сульфидные расплавы перемещались в экспериментальном образце, просачиваясь в трещины между другими минералами», — сказал доктор Сэм Кроссли из Университета Аризоны в Тусоне, который руководил проектом, будучи постдокторантом в отделе ARES НАСА имени Джонсона.
«Это подтвердило нашу гипотезу о том, что в условиях планеты эти плотные расплавы мигрируют к центру тела и образуют ядро ещё до того, как начнёт плавиться окружающая порода».
Для воссоздания условий формирования планет в лабораторных условиях требовалась не только экспериментальная точность, но и тесное сотрудничество между молодыми учёными из ARES, которые разрабатывали новые способы наблюдения и анализа результатов. Высокотемпературные эксперименты сначала проводились в лаборатории экспериментальной петрологии, после чего полученные образцы — или «продукты эксперимента» — доставлялись в лабораторию рентгеновской компьютерной томографии (XCT) НАСА имени Джонсона для получения изображений.
Расплавленная сульфидная сеть (отмечена золотым цветом) просачивается между силикатными минеральными зернами на этом снимке компьютерной томографии — нерасплавленные силикаты показаны серым цветом, а сульфиды — белым. Источник: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58517-8
---------------
Учёный-рентгенолог и соавтор исследования доктор Скотт Экли из Amentum в Лаборатории реактивного движения НАСА имени Джонсона использовал рентгеновскую компьютерную томографию для создания 3D-изображений с высоким разрешением, на которых в мельчайших подробностях видны расплавленные участки и пути течения внутри образцов. Эти визуализации позволили получить представление о физическом поведении материалов на ранних стадиях формирования ядра без разрушения образца.
Трёхмерные визуализации с помощью рентгеновской компьютерной томографии изначально подтвердили, что сульфидные расплавы могут просачиваться сквозь твёрдые породы в экспериментальных условиях, но это само по себе не могло подтвердить, происходило ли просачивание расплавов через кору более 4,5 миллиардов лет назад. Для этого исследователи обратились к метеоритам.
«Мы сделали следующий шаг и начали искать химические доказательства просачивания сульфидов в метеоритах, — сказал Кроссли. — Частично расплавив синтетические сульфиды, содержащие следовые количества металлов платиновой группы, мы смогли воспроизвести те же необычные химические структуры, которые были обнаружены в богатых кислородом метеоритах, что является убедительным доказательством того, что просачивание сульфидов происходило в таких условиях в ранней Солнечной системе».
Чтобы понять, как распределяются микроэлементы, соавтор исследования доктор Джейк Сетера, также работающий в Amentum, разработал новую методику лазерной абляции для точного измерения металлов платиновой группы, которые концентрируются в сульфидах и металлах.
«Работа над этим проектом подтолкнула нас к творческому подходу, — сказал Сетера. — Чтобы подтвердить то, что показывали нам 3D-визуализации, нам нужно было разработать подходящий метод лазерной абляции, который позволил бы выявить элементы платиновой группы в этих сложных экспериментальных образцах. Было приятно видеть, что оба потока данных сходятся в одной и той же истории».
В сочетании с геохимическим анализом, проведённым Сетерой, эти данные предоставили убедительные независимые доказательства того, что расплавленный сульфид мигрировал и сливался в твёрдом внутреннем слое планеты. Это двойное подтверждение стало первой прямой демонстрацией процесса в лабораторных условиях.
Исследование предлагает новый взгляд на геохимию планет. В частности, на Марсе наблюдаются признаки раннего формирования ядра, но хронология этого процесса уже много лет ставит учёных в тупик. Новые результаты позволяют предположить, что ядро Марса могло сформироваться на более ранней стадии благодаря его богатому на серу составу — возможно, без полномасштабного плавления, которое произошло на Земле. Это может помочь объяснить давние загадки, связанные с геохимической хронологией Марса и его ранней дифференциацией.
---------------
Учёный-рентгенолог и соавтор исследования доктор Скотт Экли из Amentum в Лаборатории реактивного движения НАСА имени Джонсона использовал рентгеновскую компьютерную томографию для создания 3D-изображений с высоким разрешением, на которых в мельчайших подробностях видны расплавленные участки и пути течения внутри образцов. Эти визуализации позволили получить представление о физическом поведении материалов на ранних стадиях формирования ядра без разрушения образца.
Трёхмерные визуализации с помощью рентгеновской компьютерной томографии изначально подтвердили, что сульфидные расплавы могут просачиваться сквозь твёрдые породы в экспериментальных условиях, но это само по себе не могло подтвердить, происходило ли просачивание расплавов через кору более 4,5 миллиардов лет назад. Для этого исследователи обратились к метеоритам.
«Мы сделали следующий шаг и начали искать химические доказательства просачивания сульфидов в метеоритах, — сказал Кроссли. — Частично расплавив синтетические сульфиды, содержащие следовые количества металлов платиновой группы, мы смогли воспроизвести те же необычные химические структуры, которые были обнаружены в богатых кислородом метеоритах, что является убедительным доказательством того, что просачивание сульфидов происходило в таких условиях в ранней Солнечной системе».
Чтобы понять, как распределяются микроэлементы, соавтор исследования доктор Джейк Сетера, также работающий в Amentum, разработал новую методику лазерной абляции для точного измерения металлов платиновой группы, которые концентрируются в сульфидах и металлах.
«Работа над этим проектом подтолкнула нас к творческому подходу, — сказал Сетера. — Чтобы подтвердить то, что показывали нам 3D-визуализации, нам нужно было разработать подходящий метод лазерной абляции, который позволил бы выявить элементы платиновой группы в этих сложных экспериментальных образцах. Было приятно видеть, что оба потока данных сходятся в одной и той же истории».
В сочетании с геохимическим анализом, проведённым Сетерой, эти данные предоставили убедительные независимые доказательства того, что расплавленный сульфид мигрировал и сливался в твёрдом внутреннем слое планеты. Это двойное подтверждение стало первой прямой демонстрацией процесса в лабораторных условиях.
Исследование предлагает новый взгляд на геохимию планет. В частности, на Марсе наблюдаются признаки раннего формирования ядра, но хронология этого процесса уже много лет ставит учёных в тупик. Новые результаты позволяют предположить, что ядро Марса могло сформироваться на более ранней стадии благодаря его богатому на серу составу — возможно, без полномасштабного плавления, которое произошло на Земле. Это может помочь объяснить давние загадки, связанные с геохимической хронологией Марса и его ранней дифференциацией.
Полученные результаты также поднимают новые вопросы о том, как учёные датируют события, связанные с формированием ядра, с помощью радиогенных изотопов, таких как гафний и вольфрам. Если во время формирования планеты серы и кислорода было больше, чем сейчас, некоторые элементы могут вести себя иначе, чем ожидалось, — оставаться в мантии, а не в ядре, и влиять на геохимические «часы», используемые для определения возраста планет.
Это исследование расширяет наше понимание того, как может формироваться внутренняя структура планет в различных химических условиях, открывая новые возможности для интерпретации эволюции таких каменистых тел, как Марс. Объединив экспериментальную петрологию, геохимический анализ и трёхмерную визуализацию, команда продемонстрировала, как совместные многометодные подходы могут выявить процессы, которые когда-то были лишь теоретическими.
По мере того как НАСА готовится к будущим миссиям на Луну, Марс и другие планеты, понимание того, как формируются недра планет, становится важнее, чем когда-либо. Подобные исследования помогают учёным интерпретировать данные, полученные с космических аппаратов, анализировать возвращённые образцы и создавать более совершенные модели возникновения нашей Солнечной системы.
Следующая публикация
Нет комментариев