板块构造在地球的地质演化中发挥了至关重要的作用。此外,许多科学家认为,地球的地质活动可能在生命的进化中发挥了重要作用,甚至对于行星的宜居性至关重要。
出于这个原因,科学家们长期以来一直试图确定地球表面如何以及何时从熔融的粘性岩石转变为不断重生的固体地壳。
尽管地球科学家尽了最大努力,这仍然是关于我们星球的最大的未解问题之一。根据一个新研究来自澳大利亚和美国的地质学家团队认为,这种转变可能是由外星物体撞击地球表面引发的。
这些结果可能对太阳系外行星的研究和寻找地球以外的生命产生重大影响。
为了进行研究,国际团队考虑将目光投向地球之外,寻找构造活动如何开始的可能解释。正如克雷格·奥尼尔(Craig O'Neill)——导演麦考瑞大学行星研究中心澳大利亚悉尼和该论文的主要作者,说:
“我们倾向于认为地球是一个孤立的系统,只有内部过程才重要。不过,我们越来越多地看到太阳系动力学对地球行为的影响。”
根据最广泛接受的理论行星形成,地球大约在 46 亿年前由太阳星云吸积的物质形成。根据建模研究以及与月球撞击的比较,天文学家和地质学家推测,地球在数亿年的时间里经历了多次大规模撞击。
其中最引人注目的事件被认为发生在大约一亿年后,并导致了地月系统(又名月球系统)的形成。巨大影响假说)。尽管这些撞击随着时间的推移逐渐减弱,但它们留下了球粒床形式的证据——由岩石蒸发和凝结形成的圆形颗粒。
南非卡普瓦尔克拉通巴伯顿绿岩带中的球粒。 (洛等人,2014)
为了进行研究,研究小组考虑了在澳大利亚皮尔巴拉克拉通和南非卡普瓦尔克拉通发现的独特的球体层。这些床是大约 32 亿年前的太古宙(大约 4 至 25 亿年前)期间发生的外星物体强烈轰炸的结果。
有趣的是,这大约与地质记录中出现第一个板块构造证据的时间相同。奥尼尔和他的同事决定调查这一巧合,看看是否存在可能的联系。正如奥尼尔解释了:
“对最早地球的模拟研究表明,非常大的撞击——直径超过 300 公里——可能会在地幔中产生明显的热异常。”
奥尼尔和他的团队认为,这种影响似乎改变了地幔的浮力,以至于会发生上升流,从而直接驱动板块构造。然而,追溯到太古代的稀少证据表明,直径小于 100 公里(62 英里)的较小撞击大多发生在这一时期。
为了确定这种规模的影响是否足够大和频繁,足以引发全球构造活动,奥尼尔和他的团队采取了双管齐下的方法。一方面,他们利用现有技术扩大了中太古宙(约3.3至29亿年前)的撞击记录。
接下来,他们开发了数值模拟来模拟这些影响对地球岩石圈产生的热效应。
他们发现,在中太古宙期间,100 公里宽的撞击物能够削弱地壳。这并不奇怪,因为希克斯库鲁布影响导致白垩纪-古近纪灭绝(并消灭了),测量 70 公里(43.5 英里)。
假设地球外部已经准备好俯冲,奥尼尔和他的团队得出结论,这样的影响就足够了。
奥尼尔认为,如果当时地球的岩石圈厚度均匀,那么撞击的影响就很小。但在中太古宙期间,冷却导致地幔在某些地方变得更厚,而在另一些地方则变薄。
如果撞击发生在一个薄点,它可能会增加由增厚和减薄过程已经引起的浮力差异,并引发构造活动。奥尼尔说:
“我们的工作表明,在板块构造运动被认为开始的时候,撞击历史和构造反应之间存在着物理联系。今天相当边缘的过程——例如撞击,或者在较小程度上,火山活动,正在积极推动通过研究这些过程的影响,我们可以开始探索现代宜居地球是如何形成的。”
地球的构造断层线(蓝色)和火山活动区(红色)。 (zmescience.com)
这些结果可能对地球科学和太阳系外行星的研究产生深远的影响。
在地球上,许多重大发展都可以追溯到中太古宙,包括光合生物的兴起和大气中最早的氧气。因此,了解古代影响以及它们如何影响地球演化可以帮助我们更多地了解地球生命的起源。
同样,了解地球上的地质活动是如何开始的可以帮助我们找到可能适合居住的行星。
迄今为止,已发现的绝大多数类地系外行星被发现是“静止的盖行星”,没有发生板块活动。如果宜居和不宜居之间的差异是可以触发板块活动的影响,那么这可能有助于缩小搜索范围!
这项研究的标题是“影响对太古宙构造的作用”,最近出现在科学杂志上地质学。