本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
不破不立！地球有碰撞才有新生
美國亞利桑那州溫斯洛附近的隕石坑（圖源：NASA美國國家航空和宇宙航行局）
板塊構造在地球的地質演化進程中扮演了重要角色。此外，很多科學家認為地球的地質活動又對生命演化有重要影響——甚至可以說決定了地球的可居住性。
故此，長期以來科學家們都在探索地球表面是何時怎樣由粘稠的熔巖變為堅固的不斷再生的地殼。
儘管地球科學家竭盡所能，這一問題始終是我們星球的未解之謎。澳大利亞和美國一地質學家團隊的新研究表明，這一變化開始的契機可能是地外星體撞擊了地球表面。
這些結論對系外行星的研究和地球外生命的探尋或有重大意義。
為了研究，該國際團隊考慮著眼於地球之外去尋找構造運動的起點。克雷格·奧尼爾兼任位於澳大利亞雪梨的麥考瑞大學行星研究中心主任和論文的第一作者，他說：「人們都傾向於把地球看作一個獨立的體系，只重視其內部活動。而漸漸地，我們越來越發現太陽系動力學也影響著地球活動。」
太陽星雲分散圖（太陽星雲是太陽和太陽系形成前在宇宙空間由氣體和彌散的固體顆粒組成的星雲）（圖源：usra）
據最為普遍接受的行星形成理論來看，地球是在約46億年前由太陽星雲中的物質凝聚而成。通過建模研究和對比月球撞擊，太空人和地質學家推斷，地球在此後億萬年間經歷了無數次巨大的撞擊。
其中最值一提的一次撞擊被認為發生於地球形成約1億年後，地月系統也故此形成（此次撞擊亦稱為：巨型衝擊假說）。時空漫漫，這些撞擊也逐漸消弭，但其痕跡卻以小球體坑床的形式留存下來，小球體即是巖石蒸發濃縮而成的鵝卵石。
南非卡普瓦爾克拉通，巴伯頓綠巖帶的小球體（圖源：Lowe et al., 2014）
研究團隊參考了在澳大利亞皮爾巴拉克拉通和南非卡普瓦爾克拉通發現的有小球體坑床的特殊巖層。這些坑床是在大約32億年前——太古代時期（距今40~25億年前）——的一次地外星體強烈撞擊地球時留下的。
有趣的是，地質學上記載的第一個能證明板塊構造的證據也在這一時期。奧尼爾及其團隊決定深挖這一巧合，看看其中是否有什麼聯繫。奧尼爾解釋：「最早期地球的建模研究表明，超巨型衝擊——直徑大於300千米——可能在地幔引起了巨大的熱反常。」
圖源：kickassfacts
奧尼爾團隊說，這樣的衝擊似乎改變了地幔的浮力，致使海洋出現上升流，驅動了板塊。而少量太古代的證據表明，這個時期也有不少小得多的外空來物——直徑小於100千米——碰撞地球。
為了判斷這些撞擊是否足夠巨大、頻繁以引起地球構造運動，奧尼爾團隊雙管齊下。首先，他們運用現存技術追溯中太古代（距今33~29億年前）發生的撞擊事件。接著用數值仿真模擬這些撞擊對地球巖石圈可能產生的熱效應。
他們發現，在中太古代100千米寬的撞擊物就能削弱地殼。這沒什麼可驚訝的，因為造成白堊紀第三紀滅絕事件（約6550萬年前，致使恐龍滅絕）和希克蘇魯伯隕石坑的隕石也不過70千米寬。
希克蘇魯伯隕石坑位於墨西哥尤卡坦半島，曾經是地球最大的隕石坑(目前發現最大的隕石坑是威爾克斯地隕石坑)（圖源：Sputnik）
假定地球表層在那時已經能發生俯衝作用，奧尼爾團隊的結論是，那麼這種程度的撞擊也足夠削弱地殼了。
據奧尼爾所言，要是當時巖石圈像一件厚大衣緊緊裹住地球，這種撞擊就不值一提了。但在中太古代，溫度降低導致地幔各處厚度不均。如果地幔薄的地方被撞擊，那麼在形成厚度不均的地幔過程中本就導致的浮力差別則會被加劇，從而引發構造運動。他說：「我們的研究表明，撞擊事件直接導致了地殼構造變化，也大概在這個時期，板塊構造開始了。這些進程今天雖已幾乎殆盡為——碰撞，或較小程度上來說，火山活動，在當時卻劇烈地影響著早期地球的構造體系。通過研究這些進程的影響，我們可以一探究竟，現今可居住的地球是如何形成的。」
地球的構造斷層線（藍色）和火山活動帶（紅色）（圖源：zmescience）
這些結論將對地球科學和系外行星研究產生深遠影響。
地球上的很多重大發展都可以追溯到中太古代，包括光合生物的興起和大氣中最早出現的氧氣。因此，研究古時碰撞及其對陸地演化的影響能幫助我們了解更多地球生命的起源。
同理，研究地球的地質活動是如何開始的能幫我們找到其他宜居星球。
目前為止，發現的絕大部分系外類地行星都是「停滯蓋行星」，它們沒有板塊運動。如果行星是否宜居取決於有沒有一次撞擊能觸發它的板塊運動，那找到宜居行星就指日可待了！
該研究名為「碰撞在太古代地殼構造中的角色」，刊登於科學期刊《地質學》。
作者: sciencealert
FY: %%
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處