پژوهش تازه دانشمندان نشان میدهد برخوردهای عظیم سیارکی در نخستین دوران تاریخ زمین، نقشی کلیدی در شکلگیری قارههای امروزی داشتهاند.
به گزارش تکراتو و به نقل از arstechnica، زمین تنها سیاره شناختهشدهای است که قارههای شناور و غنی از سیلیس دارد. با این حال، با وجود دههها تحقیق، زمینشناسان هنوز بر سر چگونگی شکلگیری این قارهها به توافق نرسیدهاند.
تیم جانسون، زمینشناس دانشگاه کرتین در شهر پرت استرالیا، میگوید قدیمیترین سنگهای قارهای شناختهشده حدود 4 میلیارد سال قدمت دارند. از آنجا که عمر زمین حدود 4.5 میلیارد سال است، هنوز مشخص نیست چرا قارهها دقیقاً در آن زمان ظاهر شدند و چه سازوکاری باعث شکلگیری پوسته قارهای شده است.
راز 500 میلیون ساله زمین
اکنون جانسون و همکارانش معتقدند شکلگیری قارههای زمین تا حد زیادی نتیجه بمباران شدید و مداوم سیارکها در دوران اولیه تاریخ سیاره بوده است.
به اعتقاد آنها، این برخوردهای عظیم پوسته اولیه زمین را آنقدر داغ و نازک نگه داشتند که شرایط لازم برای شکلگیری قارههای شناور فراهم شد. به بیان ساده، خشکیهایی که امروز روی آنها زندگی میکنیم، حاصل برخوردهای سهمگین اجرام آسمانی در میلیاردها سال پیش هستند.
دو نظریه قدیمی درباره شکلگیری قارهها
مطالعه منشأ قارهها بسیار دشوار است، زیرا تقریباً تمام شواهد زمینشناسی مربوط به آن دوران از بین رفتهاند. قدیمیترین سنگهای قارهای شناختهشده حدود 4.03 میلیارد سال پیش و در پایان دوران هادئن شکل گرفتهاند؛ دورهای که نخستین 500 میلیون سال تاریخ زمین را در بر میگیرد.
برخی سنگهای بازالتی حدود 4.2 میلیارد سال قدمت دارند و تعداد اندکی از بلورهای زیرکن حتی به 4.4 میلیارد سال پیش بازمیگردند. فراتر از این موارد، اطلاعات بسیار کمی در اختیار دانشمندان قرار دارد. به همین دلیل، پژوهشگران ناچار بودهاند بیشتر به فرضیهها و مدلهای نظری تکیه کنند.
یکی از نظریههای رایج میگوید زمین در دوران هادئن نیز مانند امروز دارای تکتونیک صفحهای بوده و پوسته قارهای در بالای مناطق فرورانش شکل گرفته است؛ مناطقی که صفحات زمینساختی با یکدیگر برخورد میکنند.
نظریه دیگر معتقد است زمین اولیه بیش از حد داغ بوده و صفحات سخت و پایدار هنوز شکل نگرفته بودند. در این سناریو، پوسته زمین در اثر ستونهای داغ مواد مذاب که از اعماق گوشته بالا میآمدند تشکیل شده است؛ پدیدهای مشابه حبابهای مومی که در چراغهای لاوا بالا میروند.
اما هر دو نظریه با یک مشکل مواجه بودند؛ بیشتر مدلها نشان میدادند زمین اولیه برای وقوع چنین فرآیندهایی بیش از حد سرد بوده است.
نقش فراموششده برخوردهای فضایی
به گفته جانسون، دلیل ناتوانی مدلهای قبلی در توضیح تاریخ حرارتی زمین این بود که تنها منابع گرمایی داخلی را در نظر میگرفتند و انرژی ورودی از فضا را نادیده میگرفتند.
در میلیاردها سال پیش، منظومه شمسی بسیار شلوغتر از امروز بود و زمین دائماً هدف برخورد سیارکها و شهابسنگهای عظیم قرار میگرفت. این برخوردها مقدار عظیمی انرژی به زمین منتقل میکردند و بخش مهمی از گرمای سیاره را تأمین میکردند.
اما محاسبه میزان این انرژی کار آسانی نبود، زیرا زمین در طول زمان آثار برخوردها را از بین برده است.
ماه؛ آرشیو دستنخورده گذشته منظومه شمسی
دانشمندان برای حل این مشکل به ماه روی آوردند. برخلاف زمین، ماه فاقد تکتونیک صفحهای است و پوسته آن طی میلیاردها سال تقریباً دستنخورده باقی مانده است.
سطح ماه مملو از دهانههای برخوردی است. پژوهشگران با بررسی تعداد و سن این دهانهها توانستند تخمین بزنند در دوران اولیه منظومه شمسی چه تعداد جرم بزرگ با ماه برخورد کردهاند.
با در نظر گرفتن اندازه بزرگتر زمین و گرانش قویتر آن، محققان به این نتیجه رسیدند که زمین باید هزاران بار توسط اجرامی با قطر بیش از 10 کیلومتر هدف قرار گرفته باشد.
سپس آنها با محاسبه سرعت و اندازه این اجرام، میزان انرژی آزادشده در هر برخورد را برآورد کردند. نتیجه شگفتانگیز بود؛ مقدار گرمای تولیدشده بسیار بیشتر از آن چیزی بود که پیشتر تصور میشد.
برخوردهایی که زمین را به کورهای مذاب تبدیل کردند
در مدل جدید، انرژی حاصل از برخورد سیارکها نهتنها سنگهای محل برخورد را ذوب میکرد، بلکه بخش بزرگی از آن به اعماق گوشته منتقل میشد و کل گوشته فوقانی را گرم میکرد.
این گرمای عظیم باعث ذوب گسترده سنگها و افزایش فعالیتهای آتشفشانی میشد. اثرات چنین برخوردهایی تنها به لحظه برخورد محدود نبود، بلکه دهها یا حتی صدها میلیون سال ادامه پیدا میکرد.
بررسیها نشان دادند که در بیشتر دوران هادئن، گرمای ناشی از برخوردهای فضایی تقریباً 10 برابر بیشتر از گرمای حاصل از واپاشی عناصر رادیواکتیو و سایر منابع داخلی زمین بوده است.
پوستهای نازک و نیمهمذاب
زمانی که پژوهشگران این دادهها را وارد شبیهسازیهای زمینشناسی کردند، به نتیجهای قابلتوجه رسیدند. بر اساس مدلها، پوسته زمین در دوران هادئن بسیار نازک بوده و در زیر آن حجم زیادی مواد مذاب وجود داشته است.
ضخامت پوسته احتمالاً کمتر از 5 کیلومتر بوده و فرایند ذوب از عمق 2 تا 3 کیلومتری آغاز میشده است. در عمق حدود 5 کیلومتر نیز بیش از 30 درصد حجم سنگها به حالت مذاب درآمده بود.
در چنین شرایطی، شکلگیری تکتونیک صفحهای تقریباً غیرممکن بود، زیرا این پدیده به پوستهای سخت و مقاوم نیاز دارد که بتواند حرکت کند و به زیر صفحات دیگر فرو رود.
دانشمندان همچنین معتقدند همین شرایط باعث شده تقریباً تمام پوسته اولیه زمین به اعماق گوشته بازگردد و بازیافت شود. این موضوع توضیح میدهد که چرا امروزه آثار بسیار اندکی از سنگهای دوران هادئن باقی مانده است.
نقطه عطفی در تاریخ زمین
شدت برخوردهای سیارکی برای همیشه بالا باقی نماند. بین 3.9 تا 3.5 میلیارد سال پیش، تعداد این برخوردها بهتدریج کاهش یافت و منابع گرمایی داخلی زمین به عامل اصلی تأثیرگذار بر پوسته تبدیل شدند.
با کاهش گرمای ناشی از برخوردها، گوشته فوقانی خنکتر شد و پوسته بازالتی که پیشتر بسیار نازک بود، شروع به ضخیم شدن کرد.
مدلهای پژوهشگران نشان میدهد ضخامت پوسته در اوایل دوران آرکئن به حدود 30 کیلومتر رسیده بود. این پوسته ضخیمتر و سردتر سرانجام شرایط لازم برای آغاز تکتونیک صفحهای را فراهم کرد. جالب اینکه قدیمیترین سنگهای قارهای شناختهشده نیز دقیقاً از همین دوره در سوابق زمینشناسی ظاهر میشوند.
به گفته جانسون، به محض اینکه پوستهای ضخیم و پایدار همراه با لایه سخت گوشته شکل گرفت، فرآیند ساخت قارهها آغاز شد.
دانشمندان تأکید میکنند که بخش زیادی از این نظریه بر پایه مدلسازیهای فیزیکی بنا شده است، زیرا شواهد سنگی مربوط به آن دوران بسیار محدود هستند. با این حال، کشف سنگهای بسیار کهن در سالهای آینده میتواند اطلاعات بیشتری در اختیار پژوهشگران قرار دهد.
جانسون اشاره میکند که در کمربند سنگ سبز نووواگیتوک در کانادا، پژوهشگران اخیراً سنگی تیرهرنگ با قدمت حدود 4.2 میلیارد سال شناسایی کردهاند.
همچنین گروه دیگری نیز احتمالاً سنگی حتی قدیمیتر پیدا کردهاند که نتایج آن ممکن است در ماههای آینده منتشر شود. این کشفیات میتوانند بخشی از راز 500 میلیون سال گمشده تاریخ زمین را روشن کنند.