Před zhruba 4,5 miliardami let Sluneční soustava připomínala obří kuličkové kolbiště. Na tomto pomyslném hřišti se hypotetická planeta označovaná vědci jako Theia srazila se Zemí a roztříštila se. Náraz podle nich vyslal na oběžnou dráhu kolem Země obrovské množství materiálu, z něhož nakonec vznikl Měsíc.

Tuto teorii by mohla potvrdit i loňská studie, publikovaná v časopisu Nature, z níž vyplývá, že části po nárazu menší planety zůstaly dodnes v zemském plášti.

Již delší dobu je známo, že směrem k základně zemského pláště u hranice s jádrem existují obrovské útvary hustšího materiálu o velikosti světadílů. Nová studie geofyzika Qiana Yuana a jeho kolegů z Caltechu pracuje právě s těmito útvary a snaží se pomocí simulace nárazu a vývoje zemského nitra zjistit, kde se mohou nacházet zbytky impaktu a jak se mohly v průběhu času proměňovat.

„Je to velmi zajímavý a provokativní výsledek,“ říká planetární vědec Robin Canup ze Southwest Research Institute v Boulderu v Coloradu. „Znamenalo by to, že máme k dispozici materiál, který nám může říci více o Theie a pomoci nám lépe pochopit impakt, při němž se zformoval Měsíc.“

Vnitřnosti Země

Podobně jako slupky cibule se z více vrstev skládá také nitro Země. Na rozdíl od cibule je však jádro naší planety horké a husté. Je složené převážně z tekutých kovů a je tvořeno vnější rotující roztavenou vrstvou, která obklopuje hustší kouli o šířce necelých 2 500 kilometrů. Tyto dvě vrstvy jádra obaluje silný zemský plášť, který tvoří více než 80 procent objemu Země. Na povrchu pláště se nachází kůra – zemský povrch.

Většina geologických dějů, jako posun a srážení kontinentálních desek a vytékání magmatu, se odehrává v zemském plášti. Vzhledem k jeho hloubce je obtížné se k němu přímo dostat, takže aby mu vědci lépe porozuměli, snaží se změřit, jakým způsobem jím procházejí seismické vlny při zemětřeseních. Při průchodu těchto vlny materiálem o různé hustotě se mění jejich rychlost či směr. Spojením získaných informací mohou vědci relativně přesně mapovat vnitřek naší planety.

Dvě studie z posledních desetiletí naznačují, že ve spodních částech zemského pláště existují dva obří útvary – jeden pod Jižní Afrikou a druhý pod Tichým oceánem – , které se hustotou a složením výrazně liší od okolního materiálu. Při průchodu seizmických vln těmito útvary se vlny zpomalují. Geologové je proto označují jako velké provincie s nízkou rychlostí smyku (LLSVP) – nebo také superplumy. Jejich hustota je vyšší než zbytek pláště a zdá se, že existují již miliardy let.

Badatelé však dosud nevěděli, kde se tyto superplumy v plášti vzaly. S teorií, že by se mohlo jednat o zbytky protoplanety Theia, která kdysi narazila do Země, přicházejí až vědci v rámci výše zmíněné studie.

Hledání zbytků Theie

Jak vznikl Měsíc, se vědci snaží vysvětlit už dlouho. Posledních 50 let studují měsíční vzorky získané během misí Apollo a z meteoritů dopadlých na Zemi. Výsledky kombinují do počítačových simulací. Vysvětlení vzniku Měsíce pomocí teorie o srážce Země s hypotetickou planetou Theia je žhavým kandidátem na úspěch.

Teorie má však stále nedostatky, včetně jednoho, který si geofyzik Qian Yuan (Čchien Jüan) pamatuje ještě z postgraduálního studia: Proč jsme nenašli zbytky Theii tady na Zemi?

Yuan se do hledání odpovědi ponořil v rámci své diplomové práce na Arizonské státní univerzitě a spolu se svým vedoucím Mingmingem Li oslovil další geofyziky a vědce, kteří modelují hypotézy o vlivu Země a Měsíce.

Na Yuanův podnět se na simulování srážky Theii se Zemí a na to, jak by se jeho materiál promísil či nepromísil se Zemí, zaměřil výpočetní astronom Hongping Deng z Astronomické observatoře v Šanghaji v Číně. Jeho počítačový model přinesl větší detaily než předchozí simulace a odhalil, že část materiálu Theii, který se během srážky roztavil, zůstala na Zemi.

Model také naznačuje, že tento materiál byl hustší než svrchní plášť rané Země a že se propadl do spodní vrstvy zemského pláště, kde zůstal jako rozpoznatelný ohraničený útvar, který se nikdy nepromísil s okolním prostředím.

„Snažil jsem se je prostě smíchat,“ říká Deng o své práci na simulaci, „ale nešlo to.“

Mísení materiálů v zemském plášti

Největší otázkou nového modelu je podle Canupa to, zda se materiál z impaktu mohl „vyhnout smísení s okolím a homogenizaci v zemském plášti v následujících čtyř a půl miliardách let historie planety“.

Někteří vědci o tom nejsou přesvědčeni. „V našich simulacích se plášť Theii a zemský plášť mísí relativně dobře,“ říká planetární vědkyně Miki Nakajimová z Rochesterské univerzity v New Yorku. Její výzkum se v posledních několika letech zaměřuje na to, jak se vyvíjejí vrstvy uvnitř kamenných planet Sluneční soustavy.

„Nemyslím si, že by se materiál impaktoru zcela promíchal, ale stupeň promísení, k němuž došlo, je v této studii podhodnocen,“ říká geodynamik Maxim Ballmer z University College London. Ballmer sice není spojen s tímto novým článkem v časopise Nature, ale před několika lety spolupracoval s Dengem na související studii.

Vědci se shodují, že tyto husté oblasti v zemském plášti existují již dlouho – ovšem jak dlouho a odkud přesně pocházejí, je stále předmětem diskuzí.

„Existuje alternativní vysvětlení vzniku těchto útvarů,“ říká Ballmer. Poukazuje na důkazy, že velká část toho, co je nyní pevným pláštěm, byla na počátku vývoje Země horkým magmatem, než se oddělila do současných vrstev. Horní vrstva rychle tuhla, protože vyzařovala teplo do vesmíru. Spodní vrstva však tuhla pomalu, a tak měla podle některých studií čas se diferencovat na oblasti s větší hustotou a na ty s menší.

Dalším krokem je porovnání chemických signatur materiálu z těchto útvarů a z Měsíce, který je – podle teorie – tvořen převážně Theiou. „Pokud budou mít stejnou geochemickou signaturu, musí pocházet ze stejné planety,“ říká Yuan.

Získat nový materiál ke studiu však není jednoduché. Geologové nemohou vrtat dostatečně hluboko do Země, aby mohli odebrat přímé vzorky z útvarů. I když, jak říká Yuan, horniny z hlubokého nitra se někdy dostanou na povrch přirozeně, jako například bazalty oceánských ostrovů.

Povrch Měsíce byl vystaven miliardám let kosmického zvětrávání a může být kontaminován meteority, takže vědci by rádi analyzovali také materiál z hlubší vrstvy – z měsíčního pláště. Vzorky, které mají k dispozici v pozemských laboratořích, však většinou pocházejí z povrchu Měsíce.

Na nové fragmenty Měsíce si možná budou muset počkat až do mise do jižní oblasti, kde je měsíční plášť obnaženější a přístupnější. Do té doby budou pokračovat ve zpřesňování svých modelů a hledat ducha hypotetické planety Theia.