Vědci objevili první důkazy o 4,5 miliardy let staré „proto-Zemi“

Země má za sebou dlouhou, 4,5 miliardy let trvající historii plnou významných zvratů. V dějinách Země sehrálo hlavní roli několik významných událostí. Jednou z nich je katastrofický náraz jiné planetky na počátku historie Země, který nejenže vedl k vytvoření Měsíce, ale také navždy změnil chemické složení Země.

Izotopové důkazy vypovídají mnoho o historii Země a vědci prohledávají naši planetu v naději na objev nejstarších existujících hornin, aby mohli studovat jejich izotopy. Některé z nejstarších hornin planety se nacházejí v Grónsku, Kanadě a Jižní Africe a tyto horniny hrají ústřední roli v novém výzkumu prazemě, která existovala před srážkou, která vedla ke vzniku Měsíce. Izotopové poměry v těchto horninách osvětlují historii naší planety.

Nový výzkum publikovaný v časopise Nature Geoscience zkoumal draslík-40 (⁴⁰K) ve vzorcích některých starověkých a moderních hornin a porovnával je s typickými pozemskými vzorky a meteority, aby se pokusil pochopit, jak vypadala prazemě před gigantickým nárazem. Článek nese název „Potassium-40 isotopic evidence for an extant pre-giant-impact component of Earth’s mantle“ (https://www.nature.com/articles/s41561-025-01811-3). Hlavní autorkou je Nicole Nieová, odborná asistentka na katedře zemských a planetárních věd na MIT (Massachusetts Institute of Technology).

„Složení Země má elementární a izotopové vlastnosti, které nelze plně sladit se směsí známého složení primitivních meteoritů,“ píší autoři ve své studii, narážejíce na skutečnost, že Země vznikla ze stejného materiálu jako meteority. „Jedním z možných vysvětlení je, že prazemě akumulovala materiály s izotopovými znaky odlišnými od těch, které se akumulovaly po gigantickém nárazu, který vedl ke vzniku Měsíce.“

Země byla kdysi magmatickým oceánem, koulí roztavené lávy, která byla příliš horká na to, aby vychladla a ztuhla. Bylo to během hadeánského období a v určitém okamžiku během hadeánu (před 4,5 až 4 miliardami let) narazila do Země obrovská protoplaneta o velikosti Marsu. Protoplaneta se jmenovala Theia a tento náraz dal vzniknout Měsíci. Náraz také přinesl na Zemi velké množství materiálu, který měl mírně odlišné chemické složení než Země.

Výzkumníci zahájili svou práci v roce 2023, kdy analyzovali meteority z různých míst po celém světě. Tyto horniny představují dobu a místa v mladé Sluneční soustavě, kde vznikly, a svým způsobem dokumentují probíhající změny v planetární soustavě. Když je porovnali s horninami ze Země, zjistili odlišný poměr izotopů draslíku. Existují tři přirozeně se vyskytující izotopy draslíku: 39K, 40K a 41K. Každý izotop má v jádru jiný počet neutronů.

Draslík je na Zemi tvořen převážně draslíkem-39 (93,26 %) a draslíkem-41 (6,73 %), přičemž draslík-40 se vyskytuje pouze v nepatrném množství (0,0117 %). Při srovnání s meteority bylo zjištěno, že jejich poměr izotopů draslíku se liší od většiny Země. Rozdíl mezi draslíkem na Zemi a draslíkem v meteoritech naznačuje, že všechny vzorky s podobným poměrem pravděpodobně pocházejí z doby před současným složením Země. Nerovnováha draslíku v jakémkoliv pozemském vzorku tedy silně naznačuje, že vzorek pochází z prazemě před srážkou.

„V této práci jsme zjistili, že různé meteority mají odlišné izotopové složení draslíku, což znamená, že draslík lze použít jako stopovací prvek stavebních kamenů Země,“ vysvětlila hlavní autorka Nieová v tiskové zprávě.

Jejich současný výzkum navazuje na studium izotopů draslíku v meteoritech z roku 2023. Nieová a její kolegové hledali různé poměry izotopů ve vzorcích ze Země. Zkoumali některé z nejstarších hornin z Grónska a Kanady a vzorky lávy z havajských sopek, kde se na povrch dostaly horniny z hlubin zemského pláště. Doufali, že tyto starodávné vzorky budou mít odlišné izotopové složení draslíku.

„Pokud se tato signatura draslíku zachovala, chtěli bychom ji hledat v hluboké minulosti a hluboko v Zemi,“ říká Nieová.

Laboratorní analýza tří vzorků ukázala, že mají odlišnou izotopovou anomálii od ostatních vzorků ze Země. Jedná se o draslík-40, nejvzácnější izotop draslíku na Zemi, který se vyskytuje pouze ve stopových množstvích. Starověké vzorky z Grónska, Kanady a havajské lávy obsahovaly ještě méně draslíku-40. Vykazovaly deficit 65 částic na milion. To znamená, že tyto starověké materiály mají odlišnou historii než zbytek Země. Další otázka, kterou si vědci položili, zněla: jsou tyto starověké vzorky pozůstatky prazemě?

Rozdílné koncentrace draslíku-40 naznačují, že staré a hluboké vzorky pocházejí z prazemě. Vědci usoudili, že zbytek zemské horniny byl během více než 4 miliard let existence planety od doby velké kolize vystaven obrovskému množství srážek. Kumulativní účinek všech těchto dopadů změnil chemické složení horniny a vytvořil vzorky s vyšší koncentrací draslíku-40.

Aby ověřili tuto hypotézu, tým shromáždil údaje o složení všech známých meteoritů a poté simuloval, jak se jejich koncentrace draslíku-40 změnila v důsledku nárazu. Simulovali také všechny geologické změny, kterými Země prošla, včetně toho, jak se plášť zahříval a míchal. Simulace potvrdily jejich závěr a ukázaly, že hornina nakonec obsahovala vyšší koncentrace draslíku-40. Navíc celkové složení simulovaných vzorků odpovídalo složení většiny moderních vzorků ze Země.

Celkově to ukazuje, že starověké vzorky hornin jsou s největší pravděpodobností zbytky prazemě, které nějakým způsobem přežily miliardy let. V širším smyslu jsou tedy všechny materiály, které vykazují stejný deficit draslíku-40, pravděpodobně pozůstatky prazemě.

„Toto je možná první přímý důkaz, že se podařilo zachovat materiály prazemě,“ říká Nieová. „Vidíme kousek velmi staré Země, ještě před gigantickým nárazem. To je úžasné, protože bychom očekávali, že tato velmi raná stopa bude během evoluce Země pomalu vymazána.“

Ale charakteristika vzorků také přesně neodpovídá žádným známým meteoritům. Zatímco meteority v předchozí práci výzkumníků vykazují anomálie draslíku, tato anomálie není úplně stejná jako u vzorků z prazemě. To znamená, že původní materiály a meteority, které vytvořily Zemi, zůstávají neobjevené.

„Vědci se snaží pochopit původní chemické složení Země kombinací složení různých skupin meteoritů,“ říká Nieová. „Naše studie však ukazuje, že současný inventář meteoritů není úplný a že je třeba se o původu naší planety dozvědět mnohem více.“

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/scientist-have-uncovered-the-first-evidence-of-the-45-billion-year-old-proto-earth a https://news.mit.edu/2025/geologists-discover-first-evidence-45-billion-year-old-proto-earth-1014

autor: František Martinek