Астероиды могли отложить рождение первых континентов Земли

Фото из открытых источников

На планете Земля, на которой мы живем сегодня, сохранилось очень мало следов ее младенчества. Период в 500 миллионов лет между образованием Земли около 4,5 миллиардов лет назад и 4 миллиардами лет назад – гадейский эра – представляет собой практически геологическую черную дыру.

С тех времен сохранилось очень мало. Несколько древних камней и разбросанные кристаллы циркона хранят редкие свидетельства новорожденной Земли, но большая часть древнейшей земной коры исчезла.

Некоторые исследователи предполагают, что причиной этого является эффективная система переработки земной коры — тектоника плит.

Однако, по мнению группы исследователей во главе с геологом Тимом Джонсоном из Университета Кертина в Австралии, эта ранняя земная кора, возможно, так и не смогла сформироваться во что-либо стабильное. 

Причина? Интенсивный период бомбардировки астероидами, который обрушивался на Землю на протяжении сотен миллионов лет. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

«Эти удары несли в себе огромное количество энергии, и эта энергия должна была куда-то деться», — объясняет Джонсон. «Дополнительное тепло от ударов поддерживало бы большую часть ранней земной коры в слабом и частично расплавленном состоянии, что затрудняло бы сохранение горных пород».

Здесь может возникнуть резонный вопрос: если первые попытки Земли покрыться коркой утрачены из геологической летописи, как мы можем знать, что делали астероиды в гадейский период?

Ответ находится одновременно и дальше, и ближе, чем можно себе представить: Луна.

«Если вы хотите увидеть, что происходило с ранней Землей, это прямо перед вами», — сказал Джонсон. «Мне даже посчастливилось рассмотреть тонкие срезы образцов Луны под микроскопом. Неудивительно, что все они были разбиты вдребезги».

В действительности, Луна, Меркурий, Марс, астероиды и обломки метеоритов, разбросанные по всему миру, хранят довольно подробную летопись истории столкновений во внутренней части Солнечной системы.

«Представлять, что Земля каким-то образом избежала бомбардировки, на мой взгляд, граничит с безумием. Конечно, реакция любого конкретного небесного тела на столкновение — это более сложная история, в которой важную роль играют вода и гравитация. Что касается энергии, в частности, энергии, передаваемой при ударе, то эти тела рассказывают похожую историю», — сказал Джонсон.

Луна представляет собой изрытое множеством следов миллиардов лет истории столкновений с метеоритами, и в предыдущих работах эта лунная история использовалась для реконструкции количества, масштабов и времени гадейской бомбардировки ранней Земли.

Некоторые из этих более ранних исследований, включая работы соавтора и планетарного геофизика Крейга О'Нила из Квинслендского технологического университета, предполагали, что многократные удары могли способствовать уничтожению большей части самых ранних геологических отложений Земли.

Джонсон, О'Нил и их коллеги сделали следующий шаг. Вместо того чтобы спрашивать, сколько астероидов столкнулось с молодой Землей, они задавались вопросом, как бы вся эта энергия ударов повлияла на саму планету.

Согласно реконструкциям истории столкновений в гадейский период, ранняя Земля, несомненно, подвергалась ударам астероидов.

Кинетическая энергия, которую они несли, должна была куда-то деться. Некоторые высекали кратеры, некоторые взрывали камни в воздухе и даже в космосе, а некоторые превращались в огромную ударную волну, которая распространялась по земной коре и мантии.

По мере затухания эта ударная волна рассеивалась, превращаясь в тепло — и его было очень много.

Последствия крупных столкновений могут сохраняться еще долго после самого столкновения; предыдущие исследования показали, что одно столкновение может оставить после себя горячую гидротермальную среду, которая сохраняется в течение десятков тысяч лет.

«На ранней Земле большая часть этой энергии передавалась бы в мантию Земли, толстый слой, расположенный непосредственно под земной корой, в виде тепла», — говорит О'Нил. «Это привело бы к подъему и плавлению мантии под местом удара и вокруг него, в результате чего образовались бы большие объемы магмы».

Согласно моделированию, проведенному группой исследователей, тепло, выделяемое в результате всех этих столкновений, на протяжении большей части гадейского периода могло быть сопоставимо с внутренним тепловым балансом Земли или даже превышать его.

«Хотя крупные столкновения с земной корой происходили гораздо чаще, чем сегодня, если рассматривать геологические масштабы времени, в масштабах человеческой жизни они были бы исключительно редкими», — сказал Джонсон. «В промежутках между ударами метеоритов гадейский мир был бы в основном покрыт зеленовато-коричневым богатым железом океаном и оранжевой бескислородной атмосферой. В местах, расположенных выше более ранних ударов, можно было бы ожидать появления крупных вулканов, торчащих из воды и извергающих лаву и газ, подобно Исландии или Гавайям. По крайней мере, так мне кажется».

Благодаря такому притоку тепла, горные породы всего в нескольких километрах под поверхностью могли оставаться частично расплавленными, что затрудняло затвердевание земной коры и образование долгоживущих тектонических плит или стабильных континентов.

Это означает, что вместо образования стабильной коры любые образовавшиеся фрагменты коры почти сразу же расплавлялись и перерабатывались, быстро рассеиваясь обратно в горячую пасть нашей планеты.

При благоприятных условиях последующая стабилизация земной коры могла способствовать развитию тектоники плит — особенности нашего мира, которая, по мнению ученых, является важнейшим компонентом обитаемости нашей планеты.

«После того как все успокоилось в раннем архее, земная кора смогла остыть и утолщиться. Она должна была стать толстой и твердой, прежде чем могли начать формироваться тектонические плиты, и это, возможно, началось в середине архея», — объяснил Джонсон. «После образования прочной и толстой коры и верхней мантии (литосферы) необходим механизм для их разрушения. Я бы предположил, что столкновения с астероидами могут это объяснить, но подобные идеи вызовут недовольство многих исследователей ранней Земли, большинство из которых предпочитает (в основном исключительно) внутренние факторы».

Поскольку эта идея бросает вызов существующим моделям эволюции нашей планеты, для ее подтверждения, вероятно, потребуется некоторое время — процесс, который, по словам Джонсона, скорее всего, будет представлять собой более медленное накопление доказательств, чем появление одного неопровержимого доказательства.

Однако она предлагает лаконичное объяснение ряда нерешенных вопросов о Земле в гадейский период.

«Если Земле 4,5 миллиарда лет, почему мы не находим континентальных пород, относящихся к первым полумиллиардам лет её истории? Можно также задаться вопросом, почему наиболее хорошо сохранившиеся кратоны имеют круглую форму. Или как образуются огромные несогласия на планете, покрытой водой», — сказал Джонсон. «Столкновения с астероидами дают правдоподобное объяснение многим загадкам в науках о Земле, и не только в контексте ранней Земли. Как геологи, изучающие раннюю Землю, мы должны серьезнее относиться к нашим подробным наблюдениям за Луной. В противном случае, какой смысл был туда лететь?»