- 28,171
- 46
- 8 Ноя 2022
Тысячи ударов из космоса дали Земле в десять раз больше тепла, чем всё остальное. А потом…
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Четыре миллиарда лет назад Земля переживала настоящий космический обстрел. На молодую планету регулярно падали астероиды диаметром более 10 километров, и, возможно, именно эта эпоха непрерывных столкновений определила современный облик Земли. Исследователи пришли к выводу, что энергия ударов разогревала планету гораздо сильнее, чем считалось раньше, а без этого дополнительного источника тепла материки могли вообще не появиться.
Континенты остаются одной из самых больших загадок геологии. Земля пока остается единственной известной планетой с крупными континентами, сложенными легкими породами, богатыми кремнеземом. Самые древние участки такой коры появились около четырех миллиардов лет назад, хотя возраст самой Земли достигает примерно 4,5 миллиарда лет. Почему материки начали формироваться именно тогда, ученые до сих пор не знают.
Главная сложность заключается в том, что почти вся история ранней Земли исчезла. Современная тектоника плит постоянно перерабатывает земную кору: старые породы уходят в мантию, расплавляются и снова участвуют в формировании поверхности. Самые древние континентальные породы имеют возраст около 4,03 миллиарда лет, отдельные базальты датируются примерно 4,2 миллиарда лет, а древнейшие кристаллы циркона появились около 4,4 миллиарда лет назад. Более ранних свидетельств почти не сохранилось, поэтому происхождение континентов приходится восстанавливать в основном с помощью физических моделей.
До сих пор существовали две основные версии. Первая предполагала, что тектоника плит начала работать почти сразу после образования Земли, а первые континенты возникали над зонами субдукции, где одна литосферная плита погружается под другую. Вторая объясняла образование континентальной коры подъемом горячих потоков вещества из глубин мантии. Подобный процесс напоминает движение воска в декоративной лавовой лампе, когда разогретые массы поднимаются вверх, а затем снова опускаются.
Обе гипотезы сталкивались с одной проблемой. Расчеты показывали, что молодой Земле не хватало внутреннего тепла, чтобы подобные процессы происходили настолько интенсивно. Геологи традиционно учитывали остаточное тепло после формирования планеты, энергию образования ядра и тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде. Однако новая работа добавляет еще один источник, который раньше практически не учитывали: постоянные удары астероидов и крупных метеоритов.
Проверить эту идею напрямую невозможно, потому что Земля давно стерла следы тех событий. Поэтому исследователи обратились к Луне. В отличие от нашей планеты, лунная поверхность почти не обновляется, а древних кратеров сохраняются миллиарды лет. По их количеству и возрасту удалось оценить, насколько часто крупные тела сталкивались с Луной вскоре после образования Солнечной системы. Затем эти данные пересчитали для Земли, учитывая ее больший размер и более сильную гравитацию.
Расчеты показали, что в первые сотни миллионов лет Земля пережила тысячи столкновений с астероидами диаметром свыше 10 километров. Для каждого удара исследователи вычислили кинетическую энергию, которая превращалась в тепло. Часть энергии действительно расходовалась на плавление и испарение пород в месте столкновения, однако основная доля уходила глубже и разогревала верхнюю часть мантии.
Такое нагревание продолжалось не часы и не дни после удара. Дополнительное тепло поддерживало плавление пород, усиливало вулканическую активность и влияло на внутреннее строение планеты десятки и даже сотни миллионов лет. Когда исследователи сложили вклад всех столкновений, оказалось, что во время большей части гадея космическая бомбардировка обеспечивала примерно в десять раз больше тепла, чем радиоактивный распад и остаточная энергия формирования Земли вместе взятые.
После добавления нового источника энергии геодинамические модели показали совершенно другую картину ранней Земли. Кора оказалась очень тонкой, менее пяти километров толщиной, а уже на глубине двух-трех километров начиналось частичное плавление. Примерно на глубине пяти километров доля расплава превышала 30%. При такой концентрации жидкой фазы порода уже не способна сохранять прочность и вести себя как единая твердая плита.
Такое состояние практически исключает существование современной тектоники плит. Для погружения одной плиты под другую литосфера должна быть достаточно холодной и жесткой. Если большая часть коры остается частично расплавленной, подобный механизм просто не может работать.
Моделирование также помогло объяснить, почему от самой древней земной коры почти ничего не осталось. Крупные столкновения вызывали постоянную переработку поверхности. Значительные объемы пород постепенно опускались обратно в мантию на глубину не менее 600 километров, где вновь расплавлялись. По этой же причине геологи почти не находят древнейших цирконов со следами ударных деформаций. Авторы предполагают, что многочисленные зоны расплава поглощали и рассеивали ударные волны еще до того, как они успевали оставить характерные повреждения в кристаллах.
Со временем поток астероидов начал быстро уменьшаться. Между 3,9 и 3,5 миллиарда лет назад внутренние источники тепла снова стали главными. Верхняя мантия постепенно остывала, а кора становилась толще и прочнее. По расчетам исследователей, уже в начале архея ее мощность достигла примерно 30 километров. Именно тогда появились условия для работы тектоники плит, а вместе с ней начали формироваться первые континенты, сохранившиеся до наших дней.
Пока новая гипотеза опирается главным образом на физическое моделирование, поскольку геологических свидетельств ранней истории Земли почти не осталось. Однако ситуация постепенно меняется. Недавно в зеленокаменном поясе Нуввуагиттук в Канаде обнаружили породу возрастом около 4,2 миллиарда лет. Кроме того, исследователям уже известно о еще одном образце, который, по предварительным данным, может оказаться еще древнее. Если возраст подтвердится, такие находки позволят проверить новые модели не только расчетами, но и реальными породами.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Четыре миллиарда лет назад Земля переживала настоящий космический обстрел. На молодую планету регулярно падали астероиды диаметром более 10 километров, и, возможно, именно эта эпоха непрерывных столкновений определила современный облик Земли. Исследователи пришли к выводу, что энергия ударов разогревала планету гораздо сильнее, чем считалось раньше, а без этого дополнительного источника тепла материки могли вообще не появиться.
Континенты остаются одной из самых больших загадок геологии. Земля пока остается единственной известной планетой с крупными континентами, сложенными легкими породами, богатыми кремнеземом. Самые древние участки такой коры появились около четырех миллиардов лет назад, хотя возраст самой Земли достигает примерно 4,5 миллиарда лет. Почему материки начали формироваться именно тогда, ученые до сих пор не знают.
Главная сложность заключается в том, что почти вся история ранней Земли исчезла. Современная тектоника плит постоянно перерабатывает земную кору: старые породы уходят в мантию, расплавляются и снова участвуют в формировании поверхности. Самые древние континентальные породы имеют возраст около 4,03 миллиарда лет, отдельные базальты датируются примерно 4,2 миллиарда лет, а древнейшие кристаллы циркона появились около 4,4 миллиарда лет назад. Более ранних свидетельств почти не сохранилось, поэтому происхождение континентов приходится восстанавливать в основном с помощью физических моделей.
До сих пор существовали две основные версии. Первая предполагала, что тектоника плит начала работать почти сразу после образования Земли, а первые континенты возникали над зонами субдукции, где одна литосферная плита погружается под другую. Вторая объясняла образование континентальной коры подъемом горячих потоков вещества из глубин мантии. Подобный процесс напоминает движение воска в декоративной лавовой лампе, когда разогретые массы поднимаются вверх, а затем снова опускаются.
Обе гипотезы сталкивались с одной проблемой. Расчеты показывали, что молодой Земле не хватало внутреннего тепла, чтобы подобные процессы происходили настолько интенсивно. Геологи традиционно учитывали остаточное тепло после формирования планеты, энергию образования ядра и тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде. Однако новая работа добавляет еще один источник, который раньше практически не учитывали: постоянные удары астероидов и крупных метеоритов.
Проверить эту идею напрямую невозможно, потому что Земля давно стерла следы тех событий. Поэтому исследователи обратились к Луне. В отличие от нашей планеты, лунная поверхность почти не обновляется, а древних кратеров сохраняются миллиарды лет. По их количеству и возрасту удалось оценить, насколько часто крупные тела сталкивались с Луной вскоре после образования Солнечной системы. Затем эти данные пересчитали для Земли, учитывая ее больший размер и более сильную гравитацию.
Расчеты показали, что в первые сотни миллионов лет Земля пережила тысячи столкновений с астероидами диаметром свыше 10 километров. Для каждого удара исследователи вычислили кинетическую энергию, которая превращалась в тепло. Часть энергии действительно расходовалась на плавление и испарение пород в месте столкновения, однако основная доля уходила глубже и разогревала верхнюю часть мантии.
Такое нагревание продолжалось не часы и не дни после удара. Дополнительное тепло поддерживало плавление пород, усиливало вулканическую активность и влияло на внутреннее строение планеты десятки и даже сотни миллионов лет. Когда исследователи сложили вклад всех столкновений, оказалось, что во время большей части гадея космическая бомбардировка обеспечивала примерно в десять раз больше тепла, чем радиоактивный распад и остаточная энергия формирования Земли вместе взятые.
После добавления нового источника энергии геодинамические модели показали совершенно другую картину ранней Земли. Кора оказалась очень тонкой, менее пяти километров толщиной, а уже на глубине двух-трех километров начиналось частичное плавление. Примерно на глубине пяти километров доля расплава превышала 30%. При такой концентрации жидкой фазы порода уже не способна сохранять прочность и вести себя как единая твердая плита.
Такое состояние практически исключает существование современной тектоники плит. Для погружения одной плиты под другую литосфера должна быть достаточно холодной и жесткой. Если большая часть коры остается частично расплавленной, подобный механизм просто не может работать.
Моделирование также помогло объяснить, почему от самой древней земной коры почти ничего не осталось. Крупные столкновения вызывали постоянную переработку поверхности. Значительные объемы пород постепенно опускались обратно в мантию на глубину не менее 600 километров, где вновь расплавлялись. По этой же причине геологи почти не находят древнейших цирконов со следами ударных деформаций. Авторы предполагают, что многочисленные зоны расплава поглощали и рассеивали ударные волны еще до того, как они успевали оставить характерные повреждения в кристаллах.
Со временем поток астероидов начал быстро уменьшаться. Между 3,9 и 3,5 миллиарда лет назад внутренние источники тепла снова стали главными. Верхняя мантия постепенно остывала, а кора становилась толще и прочнее. По расчетам исследователей, уже в начале архея ее мощность достигла примерно 30 километров. Именно тогда появились условия для работы тектоники плит, а вместе с ней начали формироваться первые континенты, сохранившиеся до наших дней.
Пока новая гипотеза опирается главным образом на физическое моделирование, поскольку геологических свидетельств ранней истории Земли почти не осталось. Однако ситуация постепенно меняется. Недавно в зеленокаменном поясе Нуввуагиттук в Канаде обнаружили породу возрастом около 4,2 миллиарда лет. Кроме того, исследователям уже известно о еще одном образце, который, по предварительным данным, может оказаться еще древнее. Если возраст подтвердится, такие находки позволят проверить новые модели не только расчетами, но и реальными породами.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
