Когда и как поверхность Земли превратилась из горячей первичной кашицы в каменистую планету, постоянно всплывающую на поверхность в результате тектоники плит, остаются одними из самых больших вопросов, оставшихся без ответа в исследованиях в области наук о Земле. Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Geology, предполагает, что этот земной переход на самом деле мог быть вызван внеземными столкновениями.
«Мы склонны думать о Земле как об изолированной системе, в которой имеют значение только внутренние процессы», - говорит Крейг О'Нил, директор Центра планетарных исследований Университета Маккуори.«Однако мы все чаще наблюдаем влияние динамики Солнечной системы на поведение Земли».
Моделирование и сравнение с исследованиями лунных столкновений показали, что после аккреции Земли около 4,6 миллиарда лет назад разрушительные удары продолжали формировать планету в течение сотен миллионов лет. Хотя эти события со временем, по-видимому, сошли на нет, слои шарообразных частиц - характерные слои круглых частиц, сконденсировавшихся из породы, испарившейся во время внеземного столкновения, - обнаруженные в Южной Африке и Австралии, позволяют предположить, что Земля пережила период интенсивной бомбардировки около 3,2 миллиарда лет назад., примерно в то же время в летописи горных пород появляются первые признаки тектоники плит.
Это совпадение заставило О'Нила и его соавторов Симону Марчи, Уильяма Боттке и Роджера Фу задуматься о том, могут ли эти обстоятельства быть связаны между собой. «Моделирование самой ранней Земли предполагает, что очень большие удары - более 300 км в диаметре - могли вызвать значительную тепловую аномалию в мантии», - говорит О'Нил. Это, по-видимому, изменило плавучесть мантии в достаточной степени, чтобы создать апвеллинги, которые, по словам О'Нила, «могли напрямую управлять тектоникой».
Но немногочисленные доказательства, найденные на сегодняшний день в архейском периоде, охватывающем период времени от 4,0 до 2,5 миллиардов лет назад, предполагают, что в этот период происходили в основном более мелкие удары диаметром менее 100 км. Чтобы определить, были ли эти более скромные столкновения все еще достаточно крупными и частыми, чтобы инициировать глобальную тектонику, исследователи использовали существующие методы, чтобы расширить данные об ударах среднего архея, а затем разработали численное моделирование для моделирования теплового воздействия этих ударов на мантию Земли.
Результаты показывают, что во время среднего архея 100-километровые удары (примерно на 30 км шире, чем гораздо более молодой кратер Чикскулуб) были способны ослабить твердый внешний слой Земли. Это, по словам О'Нила, могло послужить спусковым крючком для тектонических процессов, особенно если внешняя поверхность Земли уже была «подготовлена» к субдукции.
«Если бы литосфера была везде одинаковой толщины, такие удары не имели бы большого эффекта», - утверждает О'Нил. Но во время среднего архея, говорит он, планета достаточно остыла, чтобы мантия в одних местах утолщалась, а в других истончалась. Моделирование показало, что если бы удар произошел в области, где существовали эти различия, это создало бы слабую точку в системе, которая уже имела большой контраст в плавучести, и в конечном итоге вызвало бы современные тектонические процессы..
«Наша работа показывает, что существует физическая связь между историей ударов и тектонической реакцией примерно в то время, когда предполагалось, что тектоника плит началась», - говорит О'Нил. «Процессы, которые сегодня довольно маргинальны, такие как воздействие или, в меньшей степени, вулканизм, активно приводили в движение тектонические системы на ранней Земле», - говорит он. «Изучая последствия этих процессов, мы можем начать исследовать, как появилась современная обитаемая Земля."