Проследили путь Земли через галактик

«Увидеть мир в песчинке», первое предложение стихотворения Уильяма Блейка, — это часто используемая фраза, которая также отражает некоторые из того, что делают геологи. Мы наблюдаем состав минеральных зерен, мельче, чем ширина человеческого волоса. Затем мы экстраполируем химические процессы, которые они предлагают, чтобы обдумать строение самой нашей планеты. Теперь мы подняли это минутное внимание на новые высоты, связав крошечные зерна с местом Земли в галактической среде. В еще большем масштабе астрофизики стремятся понять Вселенную и наше место в ней. Они используют законы физики для разработки моделей, описывающих орбиты астрономических объектов. Хотя мы можем думать о поверхности планеты как о чем-то, сформированном процессами, происходящими исключительно внутри самой Земли, наша планета, несомненно, испытала на себе воздействие своего космического окружения.

Это включает в себя периодические изменения орбиты Земли, колебания солнечного излучения, гамма-всплески и, конечно же, удары метеоритов. Простой взгляд на Луну и ее рябую поверхность должен напомнить нам об этом, учитывая, что Земля более чем в 80 раз массивнее своего серого спутника. Фактически, недавняя работа указала на важность ударов метеоритов в образовании континентальной коры на Земле, помогая формировать плавучие «семена», которые плавали в самом внешнем слое нашей планеты в ее молодости. Мы и наша международная команда коллег определили ритм образования этой ранней континентальной коры, и этот темп указывает на действительно великий движущий механизм. Эта работа только что была опубликована в журнале Geology.

Многие горные породы на Земле образуются из расплавленной или полурасплавленной магмы. Эта магма образуется либо непосредственно из мантии — преимущественно твердого, но медленно текущего слоя под корой планеты, — либо путем повторного приготовления еще более старых кусков ранее существовавшей коры. Когда жидкая магма остывает, она в конечном итоге замерзает в твердую породу. Благодаря этому охлаждающему процессу кристаллизации магмы минеральные зерна растут и могут улавливать такие элементы, как уран, которые со временем распадаются и образуют своего рода секундомер, фиксирующий их возраст. Не только это, кристаллы также могут улавливать другие элементы, которые отслеживают состав их родительской магмы, например, как фамилия может указывать на семью человека.

С помощью этих двух частей информации — возраста и состава — мы можем затем восстановить временную шкалу образования корки. Затем мы можем декодировать его основные частоты, используя математическое волшебство преобразования Фурье. Этот инструмент в основном расшифровывает частоту событий, подобно расшифровке ингредиентов, которые попали в блендер для торта. Наши результаты этого подхода предполагают приблизительно 200-миллионный ритм образования коры на ранней Земле.

Но есть и другой процесс с похожим ритмом. Наша Солнечная система и четыре спиральных рукава Млечного Пути вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики, но при этом движутся с разной скоростью. Спиральные рукава вращаются со скоростью 210 километров в секунду, в то время как Солнце движется со скоростью 240 километров в секунду, а это означает, что наша Солнечная система скользит в рукавах галактики и выходит из них. Вы можете думать о спиральных рукавах как о плотных областях, которые замедляют движение звезд, подобно пробкам, которые расчищаются только дальше по дороге (или через рукав). Эта модель дает примерно 200 миллионов лет между каждым входом нашей Солнечной системы в спиральный рукав галактики. Таким образом, кажется, что существует возможная связь между временем образования коры на Земле и продолжительностью обращения вокруг галактических спиральных рукавов, но почему?

Считается, что в отдаленных уголках нашей Солнечной системы вокруг нашего Солнца вращается облако ледяных скальных обломков, называемое облаком Оорта. Поскольку Солнечная система периодически переходит в спиральный рукав, предполагается, что взаимодействие между ней и облаком Оорта вытесняет материал из облака, отправляя его ближе к внутренней части Солнечной системы. Часть этого материала может даже столкнуться с Землей. Земля испытывает относительно частые столкновения со скалистыми телами пояса астероидов, скорость которых в среднем составляет 15 км/с. Но кометы, выброшенные из облака Оорта, прибывают гораздо быстрее, в среднем 52 км в секунду.

Мы утверждаем, что именно эти периодические высокоэнергетические удары отслеживаются записью образования корки, сохранившейся в крошечных минеральных зернах. Удары комет выкапывают огромные объемы земной поверхности, что приводит к декомпрессионному плавлению мантии, мало чем отличающемуся от открывания пробкой бутылки шипучки. Эта расплавленная порода, обогащенная легкими элементами, такими как кремний, алюминий, натрий и калий, плавает на более плотной мантии. Хотя существует множество других способов образования континентальной коры, вполне вероятно, что при столкновении с нашей ранней планетой сформировались плавучие семена коры. Магма, образовавшаяся в результате более поздних геологических процессов, прилипнет к этим ранним семенам.

Континентальная кора играет жизненно важную роль в большинстве естественных циклов Земли — она взаимодействует с водой и кислородом, образуя новые продукты выветривания, содержащие большинство металлов и биологический углерод. Удары крупных метеоритов — это катастрофические события, которые могут уничтожить жизнь. Тем не менее, удары вполне могли сыграть ключевую роль в развитии континентальной коры, на которой мы живем. С недавним прохождением межзвездных астероидов через Солнечную систему некоторые даже зашли так далеко, что предположили, что они перенесли жизнь через космос. Как бы мы ни оказались здесь, это внушает благоговейный трепет в ясную ночь, когда мы смотрим на небо и видим звезды и их структуру, а затем смотрим себе под ноги и чувствуем минеральные зерна, скалы и континентальную кору под ними. — все это действительно связано очень величественным ритмом.

Источник