外星撞击可能触发了地球构造的形成

板块构造在地球的地质演化中起着至关重要的作用。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扮演了重要的角色,甚至对一个行星的宜居性来说是必不可少的。

由于这个原因,科学家们长期以来一直在寻求确认地球表面是如何、以及何时从熔融的粘性岩石转变为不断浮出水面的固体地壳的。

尽管地球科学家们尽了最大的努力,这仍然是关于地球的最大的未解问题之一。根据来自澳大利亚和美国的一个地质学家团队的一项新研究,这种转变可能是由外星物体撞击地球表面所引发的。

这些结果可能对研究系外行星和寻找地外生命有重大意义。

为了进行研究,这个国际团队考虑从地球之外来寻找构造活动如何开始的可能解释。正如该论文的主要作者、澳大利亚悉尼麦考瑞大学行星研究中心主任雷格·奥尼尔(Craig O'Neill)所说:

“我们更倾向的说法是地球作为一个孤立的系统,只有内部过程重要。不过,我们越来越能够看到太阳系动力学对研究地球运动的影响。”

根据最广为接受的行星形成理论,大约在46亿年前,地球由太阳星云的吸积物质形成。基于建模研究以及和月球撞击的比较,天文学家和地质学家推断,地球在之后的数亿年里经历了多次巨大撞击。

其中最显著的一次被认为发生在大约1亿年之后,并导致了地月系统的形成(又名:大碰撞假说)。尽管这些撞击规模随着时间的推移逐渐减小,但它们留下了以球状层形式存在的证据——球状颗粒是由岩石汽化和冷凝形成的。

巴伯顿绿岩带中的球状体,位于南非卡普瓦尔克拉通。(洛/Lowe等人,2014年)

出于对研究的考虑,小组的目光转向了在澳大利亚皮尔巴拉克拉顿和南非卡普瓦尔克拉顿发现的独特的球状层。这些岩床是大约32亿年前地外天体强烈撞击的结果——即太古宙时期(约40亿至25亿年前)。

有趣的是,这与地质记录中出现的第一个板块构造的证据的时间差不多。奥尼尔和他的同事决定调查这一巧合是否有所关联。奥尼尔解释说:

“对早期地球的模拟研究表明,直径超过300公里的巨大撞击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,这些撞击似乎改变了地幔的浮力,使得向上的力可以直接引起板块构造的变化。然而,追溯到太古代的少量证据表明,测量到的直径小于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撞击是否足够大和频繁,以至于引发全球构造活动,奥尼尔和他的团队采取了双管齐下的方法。一方面,他们利用现有技术获取了更多的中太古代(约33亿至29亿年前)的撞击记录。

另一方面,他们开发了数值建模来模拟这些撞击对地球岩石圈的热效应。

他们发现,在中太古代时期,100公里宽的撞击物可能会使地壳受损。因为造成白垩纪-第三纪大灭绝(并导致恐龙灭绝)的希克苏鲁伯撞击规模是70公里(43.5英里),所以这也不足为奇。

奥尼尔和他的团队得出结论,假设地球表面已经做好了撞击物俯冲的准备,此种撞击就足以承受了。

按照奥尼尔的说法,如果当时地球岩石圈的厚度是均匀的,那么撞击的影响将很小。但在中太古代,温度降低导致地球的地幔在某些地方变厚,在另一些地方变薄。

如果撞击发生在一个地幔较薄的地点,它可能会增加已经由增薄过程造成的浮力差异,并触发构造活动。奥尼尔说:

“根据我们的发现成果,在板块构造被认为已经开始的时期,撞击历史和构造反应之间存在着物理联系。这些过程在今天是相当微不足道的,比如撞击,或者小程度上的火山活动,但它们积极地推动了早期地球构造系统的形成。通过审视这些过程所带来的影响,我们可以着手去探索现代宜居地球是如何形成的。”

地球的构造断层线(蓝色)和火山活动带(红色)。 (zmescience.com)

这些结果可能会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,许多重大的进展都可以追溯到中太古代,包括光合作用生物和大气中氧气的产生。因此,理解远古年代的撞击以及它们是如何影响陆地进化的,可以帮助我们研究更多的地球生命的起源。

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宜居的行星。

迄今为止,绝大多数已知的类地系外行星被发现是“不流动的盖行星”,因为在那里没有板块活动发生。如果宜居和不宜居之间的差异是外界撞击能否触发板块的运动,搜索范围将会缩小!

这项名为“撞击对太古代时期板块构造的影响”的研究发表在科学期刊《地质学》(Geology)上。

作者: MATT WILLIAMS

FY: Fallon湘

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