Πώς ο Ερμής σχημάτισε τον από γραφίτη φλοιό και τον πυρήνα του
Ένα σχηματικό μοντέλο που απεικονίζει την εξέλιξη του Ερμή από τα πρώιμα στάδια μετά τον σχηματισμό του μέχρι την τρέχουσα κατάστασή του. Πανεπιστήμιο της Λιέγης / B.Charlier. Ο νεαρός πλανήτης χαρακτηριζόταν από έναν παγκόσμιο ωκεανό μάγματος και έναν υγρό μεταλλικό πυρήνα, προτού ψυχθεί και διαφοροποιηθεί για να αποκτήσει την τρέχουσα εσωτερική του δομή.
Μελέτες αποκαλύπτουν ότι ο Ερμής είχε κρούστα γραφίτη επειδή ο άνθρακας του δεν μετανάστευσε στον πυρήνα, κάτι που οφείλει τη χαμηλή πυκνότητά του στο πυρίτιο και το θείο.
Ο νεαρός πλανήτης χαρακτηριζόταν από έναν παγκόσμιο ωκεανό μάγματος και έναν υγρό μεταλλικό πυρήνα, προτού ψυχθεί και διαφοροποιηθεί για να αποκτήσει την τρέχουσα εσωτερική του δομή.
Καθώς η αποστολή BepiColombo, μια κοινή αποστολή του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) και της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης (JAXA), ετοιμάζεται να εισέλθει στην τελική φάση του ταξιδιού της προς τον Ερμή, μια σειρά μελετών που διεξήχθησαν από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Λιέγης και του KU Leuven ρίχνει νέο φως στα πρώιμα στάδια της εξέλιξης του πλανήτη που βρίσκεται πλησιέστερα στον Ήλιο. Χρησιμοποιώντας πειραματική πετρολογία, οι ερευνητές ανασυνθέτουν στο εργαστήριο τον σχηματισμό του πυρήνα του Ερμή, την κρυστάλλωση του ωκεανού μάγματος και τον σχηματισμό του μανδύα του.
Οι χερσαίοι πλανήτες (Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Άρης) είναι το αποτέλεσμα περισσότερων από τεσσάρων δισεκατομμυρίων ετών εξέλιξης, η οποία ξεκίνησε με συσσώρευση από τον δίσκο που περιβάλλει τον νεαρό Ήλιο. Κατά τα πρώτα στάδια της εξέλιξης, η θερμότητα που απελευθερώθηκε προκάλεσε την τήξη αυτών των πλανητών, δημιουργώντας αυτό που είναι γνωστό ως ωκεανός μάγματος. Αυτό το βασικό στάδιο καθορίζει την κατανομή των στοιχείων μεταξύ του μεταλλικού πυρήνα και του μανδύα. Καθώς κρυσταλλώνεται, αυτός ο ωκεανός δομεί τον στερεό μανδύα, η μερική τήξη του οποίου στη συνέχεια θα δημιουργήσει τα μάγματα που σχηματίζουν τον φλοιό. Σε αυτό το στάδιο μπορεί επίσης να σχηματιστεί μια αρχική ατμόσφαιρα.
Μέχρι σήμερα, δεν έχουν ληφθεί δείγματα από τον Ερμή και δεν έχουν συνδεθεί μετεωρίτες με αυτόν. Η γνώση μας για τη σύνθεσή του βασίζεται επομένως σε παρατηρήσεις από τηλεσκόπια και δεδομένα από τους αμερικανικούς ανιχνευτές Mariner 10 (1973) και MESSENGER (2011). Ωστόσο, για να ανακατασκευάσουν την ιστορία του πλανήτη, οι επιστήμονες βασίζονται σε έναν εξειδικευμένο κλάδο: την πειραματική πετρολογία. Αυτός ο κλάδος της γεωλογίας επιτρέπει στους επιστήμονες να αναπαράγουν, στο εργαστήριο, τις θερμοκρασίες, τις πιέσεις και τις χημικές συνθήκες που επικρατούσαν στο εσωτερικό του πλανήτη πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια και στη συνέχεια να αναλύουν τα ορυκτά, τα μέταλλα και τα αέρια που αποτελούν τα διάφορα στρώματα του πλανήτη.
Χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνικές, οι ομάδες με επικεφαλής τους Bernard Charlier (ULiège) και Olivier Namur (KULeuven) πραγματοποίησαν μια εκτεταμένη σειρά πειραμάτων υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας (σε θερμοκρασίες μεταξύ περίπου 1.250 και 2.170 °C) και σε πιέσεις ισοδύναμες με αυτές που βρίσκονται βαθιά μέσα στους πλανήτες, προκειμένου να προσομοιώσουν και να παρακολουθήσουν τη συμπεριφορά του άνθρακα κατά τον διαχωρισμό του μεταλλικού πυρήνα από το πυριτικό μάγμα του μανδύα.
Άνθρακας που αλλάζει πλευρές ανάλογα με τις συνθήκες...
Από τα αποτελέσματα που ελήφθησαν, οι ομάδες μπόρεσαν να συμπεράνουν ότι η συμπεριφορά του άνθρακα εξαρτιόταν σε μεγάλο βαθμό από την κατάσταση οξείδωσης του περιβάλλοντος, όπως μετρήθηκε από την ικανότητα φυγής οξυγόνου (fO2 ) . «Υπό σχετικά οξειδωτικές συνθήκες, ο άνθρακας είναι έντονα σιδηρόφιλος », εξηγεί ο Bernard Charlier, γεωλόγος στο ULiège. «Με άλλα λόγια, ο άνθρακας προτιμά το μέταλλο και επομένως εισέρχεται στον πυρήνα. Αλλά υπό τις ιδιαίτερα αναγωγικές συνθήκες που είναι ειδικές για τον Ερμή, γίνεται πολύ λιγότερο σιδηρόφιλος (έλκεται από μέταλλο) και έτσι παραμένει στο πυριτικό μάγμα, όπου τελικά κρυσταλλώνεται ως γραφίτης».
Με βάση αυτά τα πειράματα, η ομάδα ανακατασκεύασε τον τρόπο κατανομής του άνθρακα μεταξύ του πυρήνα, του μανδύα, του φλοιού και της πρωτόγονης ατμόσφαιρας του Ερμή. Συγκρίνοντας αυτά τα αποτελέσματα με το πάχος του γραφιτικού φλοιού που υπολογίστηκε από δεδομένα από τον ανιχνευτή MESSENGER, μπόρεσαν να προσδιορίσουν τις συνθήκες που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του πλανήτη - αναμφίβολα ένα περιβάλλον εξαιρετικά χαμηλό σε οξυγόνο.... και μια κρούστα γραφίτη που σχηματίζεται από επίπλευση.
«Υπό αυτές τις ακραίες συνθήκες, ο γραφίτης είναι πολύ ελαφρύς για να βυθιστεί. Επιπλέει στην επιφάνεια του ωκεανού του μάγματος και συσσωρεύεται για να σχηματίσει έναν πρωτόγονο φλοιό», προσθέτει ο Olivier Namur, επίσης γεωλόγος. Το μοντέλο αναπαράγει έναν φλοιό γραφίτη πάχους περίπου 40 έως 120 μέτρων, σύμφωνα με το πλούσιο σε άνθρακα στρώμα (1 έως 3% κατά μάζα) που οι παρατηρήσεις αποδίδουν στην επιφάνεια του Ερμή». Αυτός ο αρχέγονος φλοιός θα είχε στη συνέχεια διαταραχθεί και ανακατανεμηθεί από τις προσκρούσεις μετεωριτών και από την ηφαιστειακή δραστηριότητα που δημιούργησε τον πιο πρόσφατο φλοιό του πλανήτη.
Τα γεωδαιτικά δεδομένα του MESSENGER δείχνουν επίσης ότι ο εξαιρετικά μεγάλος πυρήνας (που αντιπροσωπεύει περίπου το 70% της μάζας του πλανήτη) πρέπει να περιέχει αρκετά τοις εκατό ελαφρών στοιχείων για να εξηγήσει το έλλειμμα πυκνότητάς του. «Ο άνθρακας είχε προταθεί ως υποψήφιος», συνεχίζει ο Olivier Namur. «Ωστόσο, υπό τις ίδιες συνθήκες που επιτρέπουν τον σχηματισμό του φλοιού γραφίτη, η μελέτη δείχνει ότι ο πυρήνας παραμένει χαμηλός σε άνθρακα - λιγότερο από 5.000 μικρογραμμάρια ανά γραμμάριο, ή λιγότερο από 0,5%. Μια τέτοια συγκέντρωση είναι πολύ χαμηλή για να εξηγήσει το παρατηρούμενο έλλειμμα».
Επομένως, τα ελαφρά στοιχεία του πυρήνα πρέπει να αποτελούν κυρίως το πυρίτιο και, σε μικρότερο βαθμό, το θείο. Αυτά τα στοιχεία έχουν μια άλλη ιδιότητα: μειώνουν σημαντικά το σημείο τήξης του σιδήρου, γεγονός που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί ο πυρήνας του Ερμή παρέμεινε τουλάχιστον εν μέρει υγρός για 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια - ένα χαρακτηριστικό απαραίτητο για τη διατήρηση του μαγνητικού του πεδίου.
Συνδέοντας την ακραία χημική αναγωγή του Ερμή τόσο με τον γραφιτικό φλοιό του όσο και με τη δομή του πυρήνα του, αυτή η έρευνα παρέχει ένα χρήσιμο πλαίσιο για την κατανόηση άλλων εξαιρετικά αναγμένων σωμάτων: τον αρχικό, πιο ογκώδη πρωτο-Ερμή· τους υποθετικούς «υπερ-Ερμή»· ορισμένους πλούσιους σε άνθρακα εξωπλανήτες, καθώς και την πρώιμη Γη, η οποία κατασκευάστηκε σε μεγάλο βαθμό από αναγμένα υλικά. «Μελλοντικές παρατηρήσεις, ιδίως από αποστολές όπως η BepiColombo, θα μπορούσαν να επιβεβαιώσουν και να ποσοτικοποιήσουν τον γραφίτη ως μια σημαντική φάση στην επιφάνεια του Ερμή », κατέληξε ο Bernard Charlier.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα eurekalert
περισσότερα,
Πανεπιστήμιο της Λιέγης
Carbon distribution in planet Mercury from magma ocean evolution to graphite crust and core composition
10.1038/s41467-026-75458-y
https://www.eurekalert.org/news-releases/1142766
