外星撞擊可能觸發了地球構造的形成

2020-09-05 天文在線

板塊構造在地球的地質演化中起著至關重要的作用。此外，許多科學家認為，地球的地質活動可能在生命的進化中扮演了重要的角色，甚至對一個行星的宜居性來說是必不可少的。

由於這個原因，科學家們長期以來一直在尋求確認地球表面是如何、以及何時從熔融的粘性巖石轉變為不斷浮出水面的固體地殼的。

儘管地球科學家們盡了最大的努力，這仍然是關於地球的最大的未解問題之一。根據來自澳大利亞和美國的一個地質學家團隊的一項新研究，這種轉變可能是由外星物體撞擊地球表面所引發的。

這些結果可能對研究系外行星和尋找地外生命有重大意義。

為了進行研究，這個國際團隊考慮從地球之外來尋找構造活動如何開始的可能解釋。正如該論文的主要作者、澳大利亞雪梨麥考瑞大學行星研究中心主任雷格·奧尼爾（Craig O'Neill）所說：

「我們更傾向的說法是地球作為一個孤立的系統，只有內部過程重要。不過，我們越來越能夠看到太陽系動力學對研究地球運動的影響。」

根據最廣為接受的行星形成理論，大約在46億年前，地球由太陽星雲的吸積物質形成。基於建模研究以及和月球撞擊的比較，天文學家和地質學家推斷，地球在之後的數億年裡經歷了多次巨大撞擊。

其中最顯著的一次被認為發生在大約1億年之後，並導致了地月系統的形成（又名：大碰撞假說)。儘管這些撞擊規模隨著時間的推移逐漸減小，但它們留下了以球狀層形式存在的證據——球狀顆粒是由巖石汽化和冷凝形成的。

巴伯頓綠巖帶中的球狀體，位於南非卡普瓦爾克拉通。（洛/Lowe等人，2014年）

出於對研究的考慮，小組的目光轉向了在澳大利亞皮爾巴拉克拉頓和南非卡普瓦爾克拉頓發現的獨特的球狀層。這些巖床是大約32億年前地外天體強烈撞擊的結果——即太古宙時期(約40億至25億年前)。

有趣的是，這與地質記錄中出現的第一個板塊構造的證據的時間差不多。奧尼爾和他的同事決定調查這一巧合是否有所關聯。奧尼爾解釋說:

「對早期地球的模擬研究表明，直徑超過300公裡的巨大撞擊可能會在地幔中產生明顯的熱異常。」

奧尼爾和他的團隊認為，這些撞擊似乎改變了地幔的浮力，使得向上的力可以直接引起板塊構造的變化。然而，追溯到太古代的少量證據表明，測量到的直徑小於100公裡(62英裡)的較小撞擊大多發生在這一時期。

為了確定這種規模的撞擊是否足夠大和頻繁，以至於引發全球構造活動，奧尼爾和他的團隊採取了雙管齊下的方法。一方面，他們利用現有技術獲取了更多的中太古代（約33億至29億年前）的撞擊記錄。

另一方面，他們開發了數值建模來模擬這些撞擊對地球巖石圈的熱效應。

他們發現，在中太古代時期，100公裡寬的撞擊物可能會使地殼受損。因為造成白堊紀-第三紀大滅絕(並導致恐龍滅絕)的希克蘇魯伯撞擊規模是70公裡(43.5英裡)，所以這也不足為奇。

奧尼爾和他的團隊得出結論，假設地球表面已經做好了撞擊物俯衝的準備，此種撞擊就足以承受了。

按照奧尼爾的說法，如果當時地球巖石圈的厚度是均勻的，那麼撞擊的影響將很小。但在中太古代，溫度降低導致地球的地幔在某些地方變厚，在另一些地方變薄。

如果撞擊發生在一個地幔較薄的地點，它可能會增加已經由增薄過程造成的浮力差異，並觸發構造活動。奧尼爾說:

「根據我們的發現成果，在板塊構造被認為已經開始的時期，撞擊歷史和構造反應之間存在著物理聯繫。這些過程在今天是相當微不足道的，比如撞擊，或者小程度上的火山活動，但它們積極地推動了早期地球構造系統的形成。通過審視這些過程所帶來的影響，我們可以著手去探索現代宜居地球是如何形成的。」

地球的構造斷層線（藍色）和火山活動帶（紅色）。 (zmescience.com)

這些結果可能會對地球科學和太陽系外行星的研究產生深遠的影響。

在地球上，許多重大的進展都可以追溯到中太古代，包括光合作用生物和大氣中氧氣的產生。因此，理解遠古年代的撞擊以及它們是如何影響陸地進化的，可以幫助我們研究更多的地球生命的起源。

同樣，了解地球上的地質活動是如何開始的，可以幫助我們找到可能宜居的行星。

迄今為止，絕大多數已知的類地系外行星被發現是「不流動的蓋行星」，因為在那裡沒有板塊活動發生。如果宜居和不宜居之間的差異是外界撞擊能否觸發板塊的運動，搜索範圍將會縮小!

這項名為「撞擊對太古代時期板塊構造的影響」的研究發表在科學期刊《地質學》（Geology）上。

作者: MATT WILLIAMS

FY: Fallon湘

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