Zagadka brakujących 500 milionów lat. Jak kosmiczne bombardowanie ukształtowało kontynenty na Ziemi
Ziemia to jedyna znana nam planeta, która posiada kontynenty bogate w krzemionkę. Choć z geologicznego punktu widzenia to one dają nam stabilny grunt pod nogami, mechanizm ich powstawania przez dekady pozostawał przedmiotem sporów.
Najnowsze analizy wskazują, że dzisiejszy wygląd naszej planety to bezpośredni efekt deszczu asteroid. To właśnie uderzenia z kosmosu powstrzymały wczesną tektonikę płyt i przygotowały strukturę pod budowę lądów.
Zaginione dowody z wczesnej historii planety
Geolodzy mają problem z badaniem początków Ziemi, ponieważ fizyczne dowody z tamtego okresu niemal nie istnieją. Najstarsze znane skały kontynentalne skrystalizowały się około 4,03 miliarda lat temu, pod koniec hadeiku, czyli po pierwszych 500 milionów lat istnienia naszej planety. Starszych śladów jest niewiele – to zaledwie niewielka pula skał bazaltowych i kryształów cyrkonu.
Dotychczasowe modele zakładały, że w tym okresie działała już tektonika płyt lub że skorupa tworzyła się nad pióropuszami magmy. Problem polegał na tym, że ówczesny bilans cieplny Ziemi nie pozwalał na takie procesy. Planeta – opierając się na dostępnych danych z jej wnętrza – wydawała się po prostu zbyt chłodna. Zespół badawczy z Curtin University pod kierownictwem Tima Johnsona uzupełnił te kalkulacje o brakującą zmienną: energię pochodzącą z zewnątrz.
Odpowiedź zapisana na powierzchni Księżyca
Ponieważ procesy tektoniczne na Ziemi nieustannie poddają recyklingowi powierzchnię planety, naukowcy musieli szukać punktu odniesienia w kosmosie. Księżyc, pozbawiony tektoniki płyt, zachował swoją pierwotną, pokrytą kraterami skorupę. Analiza datowanych próbek księżycowych pozwoliła zespołowi oszacować częstotliwość uderzeń dużych obiektów w młodym Układzie Słonecznym.
Skalując te dane do rozmiarów i grawitacji Ziemi, badacze wyliczyli, że w naszą planetę uderzyły tysiące obiektów o średnicy przekraczającej 10 kilometrów. Każde zderzenie zamieniało energię kinetyczną w ciepło. Modele fizyczne wykazały, że energia z uderzeń nie tylko topiła skały w miejscu kolizji, ale nagrzewała cały górny płaszcz Ziemi. Przez większość hadeiku ciepło pochodzące z uderzeń przewyższało to generowane przez rozpad izotopów radioaktywnych i formowanie się jądra planety o cały rząd wielkości.
Zbyt gorąco na tektonikę płyt
Wprowadzenie tych danych do symulacji geodynamicznych zmieniło rozumienie procesów zachodzących na wczesnej Ziemi. Wynika z nich, że w hadeiku skorupa ziemska miała zaledwie do 5 kilometrów grubości, a procesy topnienia zaczynały się już 2 do 3 kilometrów pod powierzchnią. Na głębokości 5 kilometrów stopione skały stanowiły ponad 30 procent objętości. W takich warunkach klasyczna tektonika płyt nie miała prawa działać, ponieważ litosfera nie była wystarczająco sztywna.
Zamiast twardych płyt, materiał po uderzeniach i stopione skały systematycznie opadały z powrotem do płaszcza, sięgając głębokości co najmniej 600 kilometrów. Ten ciągły recykling tłumaczy, dlaczego do dziś przetrwało tak mało śladów z tamtego okresu. Wyjaśnia to również brak zdeformowanych przez fale uderzeniowe kryształów cyrkonu – płytkie warstwy stopionych skał po prostu absorbowały energię kinetyczną.
Koniec bombardowania i narodziny lądów
Sytuacja ustabilizowała się między 3,9 a 3,5 miliarda lat temu. Częstotliwość uderzeń z kosmosu spadła do poziomu, w którym wewnętrzne źródła ciepła stały się głównym czynnikiem kształtującym Ziemię. Górny płaszcz zaczął stygnąć, a skorupa uległa pogrubieniu.
Symulacje wskazują, że na początku archaiku grubość skorupy osiągnęła około 30 kilometrów. Wtedy stała się ona na tyle chłodna i sztywna, by utrzymać procesy tektoniczne. Z tego samego okna czasowego pochodzą najstarsze znane nam skały kontynentalne. Wnioski płynące z modeli fizycznych znajdują powoli potwierdzenie w terenie. Zespół badaczy z Ameryki Północnej w pasie Nuvvuagittuq w Kanadzie zidentyfikował niedawno skały liczące 4,2 miliarda lat. Choć Ziemia sprawnie zaciera ślady swojej historii, powolne stygnięcie płaszcza w archaiku pozwoliło na zachowanie ułamka najstarszych formacji geologicznych do dziś.
Naukowcy zawężają poszukiwania życia pozaziemskiego. Na liście zostało tylko 45 planet
