Οι εξερευνητές βρίσκουν πέρασμα στη σκοτεινή εποχή της Γης
Τον Αύγουστο, ο γεωλόγος Ματ Τζάκσον έφυγε από την Καλιφόρνια με τη σύζυγό του και την 4χρονη κόρη του για τα φιόρδ της βορειοδυτικής Ισλανδίας, όπου στρατοπέδευσαν καθώς περιπλανιόταν στις εξάρσεις και στις πλαγιές την ημέρα αναζητώντας μικρές πράσινες πέτρες που ονομάζονται ολιβίνη.
Ένας ηλιόλουστος νεαρός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, με στολή από πουκάμισα με πέρλες και καλά χρησιμοποιημένα σορτς φορτίου, ο Τζάκσον γνώριζε όλα τα καλύτερα κυνηγετικά πεδία, έχοντας εξερευνήσει για πρώτη φορά τα ισλανδικά φιόρδ πριν από δύο χρόνια. Ακολουθώντας τις πρόχειρες σημειώσεις του αγρού που έδωσαν παλαιότεροι γεωλόγοι, κάλυψε 10 ή 15 μίλια την ημέρα, προσπερνώντας αμέτρητα πρόβατα και τον περιστασιακό αγρότη. «Όλη τους τη ζωή έχουν ζήσει σε αυτά τα όμορφα φιόρδ», είπε. «Κοιτάζουν αυτούς τους μαύρους, πολυεπίπεδους βράχους και τους λέω ότι κάθε ένα από αυτά είναι μια διαφορετική ηφαιστειακή έκρηξη με ροή λάβας. Τους παίρνει τα μυαλά!» Γέλασε. «Μου τρελαίνει ακόμη περισσότερο το γεγονός ότι δεν το κατάλαβαν ποτέ!»
Η ολιβίνη εξερράγη στην επιφάνεια της Γης σε αυτές τις ίδιες ροές λάβας μεταξύ 10 και 17 εκατομμυρίων ετών πριν. Ο Τζάκσον, όπως πολλοί γεωλόγοι, πιστεύει ότι η πηγή των εκρήξεων ήταν το λοφίο της Ισλανδίας, μια υποθετική ανάδυση συμπαγούς βράχου που μπορεί να υψωθεί, όπως τα σφαιρίδια σε μια λάμπα λάβας, από βαθιά μέσα στη Γη. Το λοφίο, αν υπάρχει, θα βρίσκεται τώρα κάτω από τα ενεργά ηφαίστεια της κεντρικής Ισλανδίας. Στο παρελθόν, θα είχε εμφανιστεί εδώ στα φιόρδ, την εποχή που βρισκόταν εδώ — πριν από το κομμάτι του παζλ του φλοιού της Γης, πάνω στο οποίο βρίσκεται η Ισλανδία ξυμένη στα βορειοδυτικά.
Άλλα σύγχρονα ευρήματα για την ολιβίνη από την περιοχή υποδηλώνουν ότι μπορεί να προέρχεται από μια αρχαία δεξαμενή ορυκτών στη βάση του νέφους της Ισλανδίας που, επί δισεκατομμύρια χρόνια, δεν αναμειγνύεται ποτέ με το υπόλοιπο εσωτερικό της Γης. Ο Τζάκσον ήλπιζε ότι τα δείγματα που συνέλεξε θα έφεραν ένα χημικό μήνυμα από τη δεξαμενή και θα αποδείκνυαν ότι σχηματίστηκε κατά τη βρεφική ηλικία του πλανήτη - μια περίοδο που μέχρι πρόσφατα ήταν απρόσιτη για την επιστήμη.
Αφού επέστρεψε στην Καλιφόρνια, έστειλε τα δείγματά του στον Ρίτσαρντ Γουόκερ για να αποκαλύψει αυτό το μήνυμα. Ο Walker, ένας γεωχημικός στο Πανεπιστήμιο του Maryland, επεξεργάζεται την ολιβίνη για να προσδιορίσει τη συγκέντρωση του χημικού ισοτόπου βολφράμιου-182 στο βράχο σε σχέση με το πιο κοινό ισότοπο, το βολφράμιο-184. Εάν ο Τζάκσον έχει δίκιο, τα δείγματά του θα ενταχθούν σε μια αυξανόμενη συλλογή πετρωμάτων από όλο τον κόσμο των οποίων οι μη φυσιολογικές αναλογίες ισοτόπων βολφραμίου έχουν εκπλήξει εντελώς τους επιστήμονες. Αυτές οι ανωμαλίες βολφραμίου αντανακλούν διεργασίες που θα μπορούσαν να έχουν συμβεί μόνο μέσα στα πρώτα 50 εκατομμύρια χρόνια της ιστορίας του ηλιακού συστήματος, μια περίοδο διαμόρφωσης που υποτίθεται εδώ και πολύ καιρό ότι είχε εξαλειφθεί από το γεωχημικό αρχείο από κατακλυσμικές συγκρούσεις που έλιωσαν τη Γη και αναμείγνυαν τα περιεχόμενά της.
Οι ανωμαλίες «μας δίνουν πληροφορίες για μερικές από τις πρώτες διαδικασίες της Γης», είπε ο Walker. "Είναι ένα εναλλακτικό σύμπαν από αυτό με το οποίο εργάζονται οι γεωχημικοί τα τελευταία 50 χρόνια."
Οι ανακαλύψεις στέλνουν γεωλόγους όπως ο Τζάκσον στο πεδίο σε αναζήτηση περισσότερων ενδείξεων για το σχηματισμό της Γης - και πώς λειτουργεί ο πλανήτης σήμερα. Η σύγχρονη Γη, όπως και η πρώιμη Γη, παραμένει ελάχιστα κατανοητή, με αναπάντητα ερωτήματα που κυμαίνονται από το πώς λειτουργούν τα ηφαίστεια και αν υπάρχουν πραγματικά λοφία μέχρι από πού προήλθαν οι ωκεανοί και οι ήπειροι και ποια θα μπορούσε να είναι η φύση και η προέλευση των τεράστιων δομών, κοινώς γνωστών ως «blobs », που οι σεισμολόγοι εντοπίζουν βαθιά κοντά στον πυρήνα της Γης. Όλες οι πτυχές της μορφής και της λειτουργίας του πλανήτη είναι αλληλένδετες. Είναι επίσης μπλεγμένοι με το υπόλοιπο ηλιακό σύστημα. Οποιαδήποτε προσπάθεια, για παράδειγμα, να εξηγηθεί γιατί οι τεκτονικές πλάκες καλύπτουν την επιφάνεια της Γης σαν παζλ πρέπει να εξηγεί το γεγονός ότι κανένας άλλος πλανήτης στο ηλιακό σύστημα δεν έχει πλάκες. Για να κατανοήσουν τη Γη, οι επιστήμονες πρέπει να καταλάβουν πώς, στο πλαίσιο του ηλιακού συστήματος, έγινε μοναδικά γήινη. Και αυτό σημαίνει διερεύνηση του μυστηρίου των πρώτων δεκάδων εκατομμυρίων ετών.
«Μπορείτε να το σκεφτείτε αυτό ως πρόβλημα αρχικών συνθηκών», είπε ο Michael Manga, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, ο οποίος μελετά τους θερμοπίδακες και τα ηφαίστεια. «Η Γη που βλέπουμε σήμερα εξελίχθηκε από κάτι. Και υπάρχει μεγάλη αβεβαιότητα σχετικά με το τι ήταν αυτό το αρχικό κάτι."
Κομμάτια του παζλ
Σε μια από μια αδιάκοπη σειρά ημερών 75 μοιρών στη Σάντα Μπάρμπαρα την εβδομάδα πριν ο Τζάκσον φύγει για την Ισλανδία, οδήγησε μια ομάδα επιστημόνων της γης σε μια πεζοπορία δύο μιλίων στην παραλία για να δουν μερικά αναχώματα πίσσας - μέρη όπου έχει διαρρεύσει το κολλώδες μαύρο υλικό έξω από την όψη του γκρεμού στο πίσω μέρος της παραλίας, σχηματίζοντας πλαδαρές, ηδονικές πτυχές από ψεύτικο βράχο που μπορείτε να τις χτυπήσετε με ένα δάχτυλο. Οι επιστήμονες πίεσαν τις ρυτίδες της πίσσας και χτύπησαν πέτρες πάνω της, κάνοντας εικασίες για την υπόγεια προέλευσή της και το εύρος του ιξώδους της. Όταν αυτός ο δημοσιογράφος σήκωσε έναν μικρό ογκόλιθο με πίσσα για να νιώσει πόσο ελαφρύ ήταν, δύο ή τρία άτομα έγνεψαν επιδοκιμαστικά.
Ένας συνδυασμός γεωφυσικών, γεωλόγων, ορυκτολογών, γεωχημικών και σεισμολόγων, η ομάδα βρέθηκε στη Σάντα Μπάρμπαρα για το ετήσιο εργαστήριο Συνεταιριστικού Ινστιτούτου για Δυναμική Έρευνα Γης (CIDER) στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Kavli. Κάθε καλοκαίρι, ένα εκ περιτροπής καστ εκπροσώπων από αυτούς τους τομείς συναντιούνται για αρκετές εβδομάδες στο CIDER για να μοιραστούν τα τελευταία τους αποτελέσματα και να διασταυρώσουν τις ιδέες τους — μια αναγκαιότητα όταν ο στόχος είναι να κατανοήσουμε ένα τόσο περίπλοκο σύστημα όπως η Γη.
Η πολυπλοκότητα της Γης, το πόσο ιδιαίτερη είναι και, πάνω απ 'όλα, το μαύρο κουτί των αρχικών συνθηκών της σημαίνουν ότι, ακόμη και όταν οι κοσμολόγοι χαρτογραφούν το σύμπαν και οι αστρονόμοι σαρώνουν τον γαλαξία για τη Γη 2.0, η πρόοδος στην κατανόηση του πλανήτη μας ήταν εκπληκτικά αργή. Καθώς περπατούσαμε από το ένα ανάχωμα πίσσας στο άλλο, ο Τζάκσον επεσήμανε τα εκτεθειμένα στρώματα ιζηματογενούς πετρώματος στην πρόσοψη του γκρεμού — μερικά από αυτά οριζόντια, άλλα λυγισμένα και με κλίση. Παραδόξως, είπε, χρειάστηκε μέχρι τη δεκαετία του 1960 για να συμφωνήσουν οι επιστήμονες ότι τα επικλινή στρώματα ιζήματος είναι λυγισμένα, αντί να συσσωρεύονται υπό γωνία. Μόνο τότε επιτεύχθηκε συναίνεση σχετικά με έναν μηχανισμό που εξηγεί το λυγισμό και την τραχύτητα της επιφάνειας της Γης γενικά:τη θεωρία της τεκτονικής πλακών.
Προβάλλοντας τη φωνή της πάνω από τον άνεμο και τα κύματα, η Carolina Lithgow-Bertelloni, γεωφυσικός από το University College του Λονδίνου που μελετά τεκτονικές πλάκες, απέδωσε στον Γερμανό μετεωρολόγο Alfred Wegener για πρώτη φορά που επέπλεε την έννοια της ηπειρωτικής μετατόπισης το 1912 για να εξηγήσει γιατί οι γήινες μάζες μοιάζουν με τα διασκορπισμένα κομμάτια. ενός παζλ. «Αλλά δεν είχε μηχανισμό — καλά, είχε, αλλά ήταν τρελό», είπε.
Λίγα χρόνια αργότερα, συνέχισε, ο Βρετανός γεωλόγος Sir Arthur Holmes υποστήριξε πειστικά ότι ο μανδύας της Γης από συμπαγή βράχο ρέει ρευστά σε γεωλογικές χρονικές κλίμακες, οδηγούμενος από τη θερμότητα που εκπέμπεται από τον πυρήνα της Γης. υπέθεσε ότι αυτή η ροή του μανδύα με τη σειρά του οδηγεί την κίνηση της επιφάνειας. Περισσότερες ενδείξεις ήρθαν κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου. Ο μαγνητισμός του θαλάσσιου πυθμένα, που χαρτογραφήθηκε με σκοπό την απόκρυψη υποβρυχίων, πρότεινε ότι σχηματίζεται νέος φλοιός στη μεσοωκεάνια κορυφογραμμή - την υποβρύχια οροσειρά που περιβάλλει τον παγκόσμιο ωκεανό σαν ραφή - και εξαπλώνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις στις ακτές των ηπείρων. Εκεί, στις «ζώνες βύθισης», οι ωκεάνιες πλάκες γλιστρούν άκαμπτα κάτω από τις ηπειρωτικές πλάκες, προκαλώντας σεισμούς και μεταφέροντας νερό προς τα κάτω, όπου λιώνει τους θύλακες του μανδύα. Αυτή η τήξη παράγει μάγμα που ανεβαίνει στην επιφάνεια με ελάχιστα κατανοητές κολλήσεις και ξεκινά, προκαλώντας ηφαιστειακές εκρήξεις. (Τα ηφαίστεια υπάρχουν επίσης μακριά από οποιαδήποτε όρια πλακών, όπως στη Χαβάη και την Ισλανδία. Οι επιστήμονες το εξηγούν επί του παρόντος επικαλούμενοι την ύπαρξη λοφίων, τα οποία ερευνητές όπως ο Walker και ο Jackson αρχίζουν να επαληθεύουν και να χαρτογραφούν χρησιμοποιώντας μελέτες ισοτόπων.)
Η φυσική περιγραφή των πλακών τελικά συνήλθε στα τέλη της δεκαετίας του 1960, είπε ο Lithgow-Bertelloni, όταν ο Βρετανός γεωφυσικός Dan McKenzie και ο Αμερικανός Jason Morgan πρότειναν χωριστά ένα ποσοτικό πλαίσιο για τη μοντελοποίηση τεκτονικών πλακών σε μια σφαίρα.
Εκτός από την ύπαρξή τους, σχεδόν τα πάντα για τις πλάκες παραμένουν σε διαμάχη. Για παράδειγμα, τι οδηγεί την πλάγια κίνησή τους; Πού καταλήγουν οι υποβιβασμένες πλάκες - ίσως αυτές είναι οι σταγόνες; — και πώς επηρεάζουν τη δυναμική του εσωτερικού της Γης; Γιατί ο φλοιός της Γης διαλύθηκε σε πλάκες αρχικά όταν καμία άλλη πλανητική επιφάνεια στο ηλιακό σύστημα δεν το έκανε; Επίσης εντελώς μυστηριώδης είναι η αρχιτεκτονική δύο επιπέδων των ωκεάνιων και των ηπειρωτικών πλακών, και ο τρόπος με τον οποίο οι ωκεανοί και οι ήπειροι έφτασαν να τις καβαλήσουν — όλες οι πιθανές προϋποθέσεις για έξυπνη ζωή. Γνωρίζοντας περισσότερα για το πώς η Γη έγινε γήινη θα μπορούσε να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πόσο κοινοί είναι οι γήινοι πλανήτες στο σύμπαν και επομένως πόσο πιθανό είναι να δημιουργηθεί ζωή.
Οι ήπειροι πιθανότατα σχηματίστηκαν, είπε ο Lithgow-Bertelloni, ως μέρος της πρώιμης διαδικασίας με την οποία η βαρύτητα οργάνωσε το περιεχόμενο της Γης σε ομόκεντρα στρώματα:ο σίδηρος και άλλα μέταλλα βυθίστηκαν στο κέντρο, σχηματίζοντας τον πυρήνα, ενώ τα βραχώδη πυριτικά παρέμειναν στον μανδύα. Εν τω μεταξύ, υλικά χαμηλής πυκνότητας ανέβηκαν προς τα πάνω, σχηματίζοντας μια κρούστα στην επιφάνεια του μανδύα σαν αφρός σούπας. Ίσως αυτά τα αποβράσματα συσσωρεύτηκαν σε ορισμένα μέρη για να σχηματίσουν ηπείρους, ενώ αλλού πραγματοποιήθηκαν ωκεανοί.
Το να καταλάβουμε τι ακριβώς συνέβη και τη σειρά όλων αυτών των βημάτων είναι «πιο δύσκολο», είπε ο Lithgow-Bertelloni, επειδή προηγούνται του ροκ ρεκόρ και αποτελούν «μέρος της διαδικασίας τήξης που συμβαίνει νωρίς στην ιστορία της Γης - πολύ νωρίς. ”
Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες δεν γνώριζαν για κανένα γεωχημικό ίχνος από τόσο πολύ καιρό πριν, και πίστευαν ότι δεν θα μπορούσαν ποτέ να ανοίξουν το μαύρο κουτί από το οποίο αναδύθηκαν τα πιο ένδοξα χαρακτηριστικά της Γης. Αλλά οι ανεπαίσθητες ανωμαλίες στις συγκεντρώσεις βολφραμίου και άλλων ισοτόπων παρέχουν τώρα τις πρώτες αναλαμπές του σχηματισμού και της διαφοροποίησης του πλανήτη. Αυτοί οι χημικοί ιχνηθέτες υπόσχονται να αποδώσουν έναν συνδυασμό χρονοδιαγράμματος και χάρτη της πρώιμης Γης, αποκαλύπτοντας από πού προήλθαν τα χαρακτηριστικά της, γιατί και πότε.
Ένα σχηματικό χρονοδιάγραμμα
Η κατανόηση της ανθρωπότητας για την πρώιμη Γη έκανε το πρώτο της τεράστιο άλμα όταν οι αστροναύτες του Απόλλωνα έφεραν πίσω πέτρες από το φεγγάρι:τον λιγότερο τεκτονικό σύντροφό μας του οποίου η προέλευση ήταν, εκείνη την εποχή, ένα πλήρες μυστήριο.
Οι βράχοι «έμοιαζαν γκρι, πολύ σαν επίγειοι βράχοι», είπε ο Φουάντ Τέρα, ο οποίος ανέλυσε δείγματα σελήνης στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια μεταξύ 1969 και 1976. Αλλά επειδή ήταν από το φεγγάρι, είπε, δημιούργησαν «ένα αίσθημα ευφορίας » στους χειριστές τους. Κάποια ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά εμφανίστηκαν τελικά:«Βρήκαμε γυάλινες σφαίρες — πολύχρωμες, όμορφες — κάτω από το μικροσκόπιο, πράσινο και κίτρινο και πορτοκαλί και τα πάντα», θυμάται η Tera, τώρα 85 ετών. ο φεγγάρι ήταν νέος. Αλλά ως επί το πλείστον, είπε, "το φεγγάρι δεν είναι πραγματικά φτιαγμένο από ένα ευχάριστο πράγμα - μόνο κανονικά πράγματα."
Εκ των υστέρων, αυτό δεν προκαλεί έκπληξη:Η χημική ανάλυση στο Caltech και σε άλλα εργαστήρια έδειξε ότι το φεγγάρι σχηματίστηκε από υλικό της Γης, το οποίο φαίνεται να έπεσε σε τροχιά όταν η πρωτο-Γη ηλικίας 60 έως 100 εκατομμυρίων ετών συγκρούστηκε με έναν άλλο πρωτοπλανήτη στο το γεμάτο εσωτερικό ηλιακό σύστημα. Αυτή η υπόθεση της «γιγάντιας πρόσκρουσης» του σχηματισμού της σελήνης, αν και εξακολουθεί να συζητείται έντονα στις λεπτομέρειές της, καθιέρωσε ένα βασικό βήμα στο χρονοδιάγραμμα της Γης, της Σελήνης και του Ήλιου που βοήθησε άλλα βήματα να μπουν στη θέση τους.
Η χημική ανάλυση των μετεωριτών βοηθά τους επιστήμονες να σκιαγραφήσουν ακόμη προηγούμενα στάδια του χρονοδιαγράμματος του ηλιακού μας συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της στιγμής που ξεκίνησαν όλα.
Πρώτον, πριν από 4,57 δισεκατομμύρια χρόνια, ένα κοντινό αστέρι έγινε σουπερνόβα, εκτοξεύοντας ύλη και ένα ωστικό κύμα στο διάστημα. Το θέμα περιελάμβανε ραδιενεργά στοιχεία που άρχισαν αμέσως να αποσυντίθενται, ξεκινώντας τα ρολόγια που μετρούν τώρα οι χημικοί ισοτόπων με μεγάλη ακρίβεια. Καθώς το ωστικό κύμα σάρωσε την κοσμική μας γειτονιά, συστράγγισε το τοπικό σύννεφο αερίου και σκόνης σαν σκούπα. η αύξηση της πυκνότητας προκάλεσε τη βαρυτική κατάρρευση του νέφους, σχηματίζοντας ένα ολοκαίνουργιο αστέρι - τον ήλιο μας - που περιβάλλεται από έναν πλακούντα από καυτά συντρίμμια.
Κατά τη διάρκεια των επόμενων δεκάδων εκατομμυρίων ετών, το πεδίο των ερειπίων που περιβάλλει τον ήλιο μαζεύτηκε σε όλο και μεγαλύτερους διαστημικούς βράχους, στη συνέχεια συσσωρεύτηκαν σε μέρη πλανητών που ονομάζονται «πλανητομικρά», τα οποία συγχωνεύτηκαν σε πρωτοπλανήτες, οι οποίοι έγιναν Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Άρης - οι τέσσερις βραχώδεις πλανήτες του εσωτερικού ηλιακού συστήματος σήμερα. Πιο έξω, σε ψυχρότερα κλίματα, αέριο και πάγος συσσωρεύονται στους γιγάντιους πλανήτες.
Καθώς η βρεφική Γη περιηγείτο στο πολυσύχναστο εσωτερικό ηλιακό σύστημα, θα είχε υποστεί συχνές συγκρούσεις, οι οποίες από καιρό υποθέτονταν ότι είχαν λιώσει ολόκληρο τον πλανήτη σε έναν παγκόσμιο «ωκεανό μάγματος». Κατά τη διάρκεια αυτών των τήξεων, η βαρύτητα διαφοροποίησε το υγροποιημένο περιεχόμενο της Γης σε στρώματα - πυρήνα, μανδύα και φλοιό. Θεωρείται ότι καθένα από τα παγκόσμια τήγματα θα είχε καταστρέψει υπάρχοντες βράχους, αναμειγνύοντας το περιεχόμενό τους και αφαιρώντας τυχόν σημάδια γεωχημικών διαφορών που είχαν απομείνει από τα αρχικά δομικά στοιχεία της Γης.
Η τελευταία από τις «γιγαντιαίες κρούσεις» που λιώνουν τη Γη φαίνεται να ήταν αυτή που σχημάτισε το φεγγάρι. ενώ αφαιρούσε τη μάζα της σελήνης, το κρουστικό εκκρεμές ήταν επίσης η τελευταία σημαντική προσθήκη στη μάζα της Γης. Ίσως, λοιπόν, αυτό το σημείο του χρονοδιαγράμματος —τουλάχιστον 60 εκατομμύρια χρόνια μετά τη γέννηση του ηλιακού συστήματος και, μετρώντας αντίστροφα από το παρόν, το πολύ πριν από 4,51 δισεκατομμύρια χρόνια— ήταν όταν επιτράπηκε να ξεκινήσει το γεωχημικό αρχείο του παρελθόντος του πλανήτη . «Είναι τουλάχιστον μια συναρπαστική ιδέα να πιστεύουμε ότι αυτή η γιγαντιαία πρόσκρουση που διέκοψε μεγάλο μέρος της Γης είναι η ώρα έναρξης για τη γεωχρονολογία», δήλωσε ο Ρικ Κάρλσον, γεωχημικός στο Ινστιτούτο Carnegie της Ουάσιγκτον. Σε αυτά τα πρώτα 60 εκατομμύρια χρόνια, «η Γη μπορεί να ήταν εδώ, αλλά δεν έχουμε καμία καταγραφή της επειδή μόλις διαγράφηκε».
Μια άλλη ανακάλυψη από τους βράχους του φεγγαριού έγινε το 1974. Ο Τέρα, μαζί με τον συνάδελφό του Δημήτρη Παπαναστασίου και το αφεντικό τους, Gerry Wasserburg, μια πανύψηλη φιγούρα στην κοσμοχημεία των ισοτόπων που πέθανε τον Ιούνιο, συνδύασαν πολλές αναλύσεις ισοτόπων πετρωμάτων από διαφορετικές αποστολές Apollo σε μια ενιαία πλοκή , αποκαλύπτοντας μια ευθεία γραμμή που ονομάζεται «ισόχρονο» που αντιστοιχεί στο χρόνο. "Όταν σχεδιάσαμε τα δεδομένα μας μαζί με όλους τους άλλους, υπήρχε μια ευδιάκριτη τάση που σας δείχνει ότι πριν από περίπου 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια, κάτι τεράστιο αποτυπώθηκε σε όλους τους βράχους στο φεγγάρι", είπε ο Tera.
Ο Wasserburg ονόμασε το γεγονός «σεληνιακός κατακλυσμός». Τώρα πιο συχνά αποκαλούμενος «όψιμος βαρύς βομβαρδισμός», ήταν ένας χείμαρρος αστεροειδών και κομητών που φαίνεται να έπληξε το φεγγάρι πριν από 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια, 600 εκατομμύρια χρόνια μετά τον σχηματισμό του, λιώνοντας και επαναφέροντας χημικά τους βράχους στην επιφάνειά του. Ο πρόσφατος σφοδρός βομβαρδισμός σίγουρα θα έπεφτε ακόμη πιο έντονη βροχή στη Γη, λαμβάνοντας υπόψη το μεγαλύτερο μέγεθος και τη βαρυτική έλξη του πλανήτη. Έχοντας ανακαλύψει ένα τόσο σημαντικό γεγονός στην ιστορία του ηλιακού συστήματος, ο Wasserburg άφησε πίσω του τους νεότερους, πιο συγκρατημένους συναδέλφους του και «γιόρτασε στην Πασαντίνα σε κάποιο μπαρ», είπε ο Tera.
Από το 1974, δεν είχαν βρεθεί βράχοι στη Γη από την εποχή του πρόσφατου σφοδρού βομβαρδισμού. Στην πραγματικότητα, οι παλαιότεροι βράχοι της Γης φάνηκαν να ξεπερνούν τα 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια. «Αυτός ο αριθμός εκτινάσσεται σε εσάς», είπε ο Bill Bottke, πλανητολόγος στο Southwest Research Institute στο Boulder του Κολοράντο. Υποδηλώνει, είπε ο Bottke, ότι ο όψιμος δυνατός βομβαρδισμός θα μπορούσε να έλιωσε οποιονδήποτε πλανητικό φλοιό υπήρχε πριν από 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια, καταστρέφοντας για άλλη μια φορά το υπάρχον γεωλογικό αρχείο, μετά το οποίο ο νέος φλοιός χρειάστηκε 100 εκατομμύρια χρόνια για να σκληρύνει.
Το 2005, μια ομάδα ερευνητών που εργάζονταν στη Νίκαια της Γαλλίας, συνέλαβε έναν μηχανισμό για να εξηγήσει τον πρόσφατο σφοδρό βομβαρδισμό — και πολλά άλλα μυστήρια σχετικά με το ηλιακό σύστημα, συμπεριλαμβανομένων των περίεργων διαμορφώσεων του Δία, του Κρόνου, του Ουρανού και του Ποσειδώνα και της αραιότητας του τις ζώνες των αστεροειδών και του Κάιπερ. Το «Nice model» τους υποθέτει ότι οι γίγαντες του φυσικού αερίου και του πάγου αποσταθεροποιήθηκαν ξαφνικά στις τροχιές τους κάποια στιγμή μετά τον σχηματισμό τους, προκαλώντας τους να μεταναστεύσουν. Οι προσομοιώσεις του Bottke και άλλων υποδεικνύουν ότι οι μεταναστεύσεις των πλανητών θα είχαν στείλει αστεροειδείς και κομήτες να διασκορπιστούν, ξεκινώντας κάτι που μοιάζει πολύ με τον πρόσφατο σφοδρό βομβαρδισμό. Οι κομήτες που βυθίστηκαν προς τα μέσα από τη ζώνη Kuiper κατά τη διάρκεια αυτής της ανακίνησης θα μπορούσαν ακόμη και να έχουν παραδώσει νερό στην επιφάνεια της Γης, εξηγώντας την παρουσία των ωκεανών της.
Με αυτή τη σύγκλιση ιδεών, ο πρόσφατος σφοδρός βομβαρδισμός έγινε ευρέως αποδεκτός ως ένα σημαντικό βήμα στο χρονοδιάγραμμα του πρώιμου ηλιακού συστήματος. Αλλά ήταν άσχημα νέα για τους επιστήμονες της γης, υποδηλώνοντας ότι το γεωχημικό αρχείο της Γης ξεκίνησε όχι στην αρχή, πριν από 4,57 δισεκατομμύρια χρόνια, ή ακόμα και στην αρχή της σελήνης, πριν από 4,51 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά πριν από 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια, και ότι οι περισσότερες ή όλες οι ενδείξεις Οι προηγούμενες εποχές χάθηκαν για πάντα.
Επέκταση του δίσκου Rock
Πιο πρόσφατα, η θεωρία των όψιμων βαρέων βομβαρδισμών και πολλές άλλες μακροχρόνιες υποθέσεις σχετικά με την πρώιμη ιστορία της Γης και του ηλιακού συστήματος τέθηκαν υπό αμφισβήτηση και η σκοτεινή εποχή της Γης άρχισε να έρχεται στο φως. Σύμφωνα με τον Carlson, «τα στοιχεία για αυτό το γεγονός 3,9 [πριν από δισεκατομμύρια χρόνια] γίνονται λιγότερο ξεκάθαρα με τον καιρό». Για παράδειγμα, όταν οι μετεωρίτες αναλύονται για σημάδια σοκ, «δείχνουν πολλά συμβάντα πρόσκρουσης στα 4,2, 4,4 δισεκατομμύρια», είπε. «Αυτό το γεγονός των 3,9 δισεκατομμυρίων δεν φαίνεται πολύ δυνατό στο ρεκόρ μετεωριτών». Αυτός και άλλοι σκεπτικιστές του πρόσφατου σφοδρού βομβαρδισμού υποστηρίζουν ότι τα δείγματα του Απόλλωνα μπορεί να ήταν μεροληπτικά. Όλες οι αποστολές προσγειώθηκαν στην κοντινή πλευρά του φεγγαριού, πολλές σε κοντινή απόσταση από τη λεκάνη του Ίμβριου (η μεγαλύτερη σκιά του φεγγαριού, όπως φαίνεται από τη Γη), η οποία σχηματίστηκε από μια σύγκρουση πριν από 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια. Ίσως όλοι οι βράχοι του Απόλλωνα επηρεάστηκαν από αυτό το γεγονός, το οποίο θα μπορούσε να είχε διασκορπίσει το τήγμα από την πρόσκρουση σε μια ευρεία περιοχή της σεληνιακής επιφάνειας. Αυτό θα υποδηλώνει έναν κατακλυσμό που δεν συνέβη ποτέ.
Επιπλέον, ο παλαιότερος γνωστός φλοιός στη Γη δεν είναι πλέον 3,8 δισεκατομμυρίων ετών. Βρέθηκαν πέτρες σε δύο μέρη του Καναδά που χρονολογούνται πριν από 4 δισεκατομμύρια και υποτιθέμενα 4,28 δισεκατομμύρια χρόνια, διαψεύδοντας την ιδέα ότι ο πρόσφατος σφοδρός βομβαρδισμός έλιωσε πλήρως τον μανδύα και τον φλοιό της Γης πριν από 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια. Τουλάχιστον κάποιο παλαιότερο φλοιό επέζησε.
Το 2008, ο Carlson και οι συνεργάτες του ανέφεραν τα στοιχεία για βράχους ηλικίας 4,28 δισεκατομμυρίων ετών στη ζώνη πράσινων λίθων Nuvvuagittuq στον Καναδά. Όταν ο Tim Elliott, γεωχημικός στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, διάβασε για τα ευρήματα του Nuvvuagittuq, του κίνησε το ενδιαφέρον ότι ο Carlson είχε χρησιμοποιήσει μια μέθοδο χρονολόγησης που χρησιμοποιήθηκε επίσης σε παλαιότερες εργασίες Γάλλων ερευνητών που βασιζόταν σε ένα βραχύβιο σύστημα ραδιενεργών ισοτόπων που ονομαζόταν σαμάριο -νεοδύμιο. Ο Έλιοτ αποφάσισε να ψάξει για ίχνη ενός ακόμη πιο βραχύβιου συστήματος - άφνιο-βολφράμιο - σε αρχαίους βράχους, που θα έδειχναν ακόμη παλαιότερες εποχές στην ιστορία της Γης.
Η μέθοδος χρονολόγησης λειτουργεί ως εξής:Το Hafnium-182, το «γονικό» ισότοπο, έχει 50 τοις εκατό πιθανότητα να διασπαστεί σε βολφράμιο-182, την «κόρη» του, κάθε 9 εκατομμύρια χρόνια (αυτή είναι η «ημιζωή» του γονέα). Το μισό μειώνει γρήγορα τον γονέα σε σχεδόν τίποτα. 50 εκατομμύρια χρόνια μετά το σουπερνόβα που πυροδότησε τον ήλιο, σχεδόν όλο το άφνιο-182 θα είχε γίνει βολφράμιο-182.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η αναλογία ισοτόπων βολφραμίου σε πετρώματα όπως τα δείγματα ολιβίνης του Matt Jackson μπορεί να είναι τόσο αποκαλυπτική:Οποιαδήποτε διακύμανση στη συγκέντρωση του θυγατρικού ισοτόπου, βολφράμιο-182, που μετράται σε σχέση με το βολφράμιο-184, πρέπει να αντανακλά διαδικασίες που επηρέασαν τον γονέα, το άφνιο-182, όταν ήταν γύρω — διεργασίες που συνέβησαν κατά τα πρώτα 50 εκατομμύρια χρόνια της ιστορίας του ηλιακού συστήματος. Ο Έλιοτ γνώριζε ότι αυτού του είδους οι γεωχημικές πληροφορίες πίστευαν προηγουμένως ότι είχαν καταστραφεί από τα πρώιμα τήγματα της Γης και δισεκατομμύρια χρόνια μετέπειτα μεταφοράς του μανδύα. Τι θα γινόταν όμως αν δεν ήταν;
Ο Έλιοτ επικοινώνησε με τον Stephen Moorbath, τότε ομότιμο καθηγητή γεωλογίας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και «ένα από τα πρόσωπα του παππού στην εύρεση των παλαιότερων βράχων», είπε ο Elliott. Ο Moorbath «ήταν πρόθυμος, οπότε πήρα το τρένο». Ο Moorbath οδήγησε τον Elliott κάτω στο υπόγειο του κτιρίου της Οξφόρδης για την επιστήμη της γης, όπου, όπως σε πολλά τέτοια κτίρια, μια μεγάλη συλλογή από βράχους μοιράζεται το χώρο με τον λέβητα και τις στοίβες από καρέκλες. Ο Moorbath ξέθαψε δείγματα από το σύμπλεγμα Isua στη Γροιλανδία, ένα αρχαίο κομμάτι φλοιού που είχε καρφώσει τη δεκαετία του 1970, σε ηλικία 3,8 δισεκατομμυρίων ετών.
Ο Έλιοτ και ο μαθητής του Ματίας Γουίλμπολντ έκαναν σκόνη και επεξεργάστηκαν τα δείγματα Isua και χρησιμοποίησαν επίπονες χημικές μεθόδους για την εξαγωγή του βολφραμίου. Στη συνέχεια μέτρησαν την αναλογία ισοτόπων βολφραμίου χρησιμοποιώντας φασματόμετρα μάζας τελευταίας τεχνολογίας. Σε μια Φύση του 2011 εφημερίδα, οι Elliott, Willbold και Moorbath, που πέθανε τον Οκτώβριο, ανέφεραν ότι τα πετρώματα Isua ηλικίας 3,8 δισεκατομμυρίων ετών περιείχαν 15 μέρη ανά εκατομμύριο περισσότερο βολφράμιο-182 από τον παγκόσμιο μέσο όρο - η πρώτη ανίχνευση μιας «θετικής» ανωμαλίας βολφραμίου σε το πρόσωπο της Γης.
Η εφημερίδα μάζεψε τον Ρίτσαρντ Γουόκερ από το Μέριλαντ και τους συναδέλφους του, οι οποίοι μήνες αργότερα ανέφεραν μια θετική ανωμαλία βολφραμίου σε κοματιίτες ηλικίας 2,8 δισεκατομμυρίων ετών από την Κοστομούκσα της Ρωσίας.
Αν και οι βράχοι Isua και Kostomuksha σχηματίστηκαν στην επιφάνεια της Γης πολύ μετά την εξαφάνιση του αφνίου-182, προφανώς προέρχονται από υλικά με πολύ παλαιότερες χημικές υπογραφές. Ο Walker και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν ότι οι βράχοι Kostomuksha πρέπει να προέρχονται από «αρχέγονες δεξαμενές» πλούσιες σε άφνιο στο εσωτερικό που απέτυχαν να ομογενοποιηθούν κατά το πρώιμο λιώσιμο του μανδύα της Γης. Η διατήρηση αυτών των δεξαμενών, οι οποίες πρέπει να ανιχνεύονται στα πρώτα 50 εκατομμύρια χρόνια και πρέπει με κάποιο τρόπο να έχουν επιβιώσει ακόμη και από την πρόσκρουση που σχηματίζει το φεγγάρι, «υποδεικνύει ότι ο μανδύας μπορεί να μην είχε ποτέ αναμειχθεί καλά», έγραψαν ο Walker και οι συνεργάτες του. Αυτό αυξάνει την πιθανότητα εύρεσης πολλών περισσότερων υπολειμμάτων της πρώιμης ιστορίας της Γης.
Οι ερευνητές λένε ότι θα είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν ανωμαλίες βολφραμίου και άλλες υπογραφές ισοτόπων σε επιφανειακό υλικό ως ιχνηλάτες του αρχαίου εσωτερικού, με παρέκταση προς τα κάτω και προς τα πίσω στο παρελθόν για να χαρτογραφήσουν την πρωτο-Γη και να αποκαλύψουν πώς διαμορφώθηκαν τα χαρακτηριστικά της. «Έχετε την ακρίβεια να κοιτάξετε και να δείτε πραγματικά την αλληλουχία των γεγονότων που συμβαίνουν κατά τον σχηματισμό και τη διαφοροποίηση των πλανητών», είπε ο Carlson. "Έχετε τη δυνατότητα να ανακρίνετε τα πρώτα δεκάδες εκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης, χωρίς αμφιβολία."
Οι ανωμαλίες συνέχισαν να εμφανίζονται σε βράχους διαφόρων ηλικιών και προέλευσης. Τον Μάιο, η Hanika Rizo από το Πανεπιστήμιο του Κεμπέκ στο Μόντρεαλ, μαζί με τους Walker, Jackson και συνεργάτες, αναφέρθηκαν στο Science η πρώτη θετική ανωμαλία βολφραμίου σε σύγχρονα πετρώματα — δείγματα 62 εκατομμυρίων ετών από τον κόλπο Baffin της Γροιλανδίας. Ο Ρίζο υποθέτει ότι αυτοί οι βράχοι αναπτύχθηκαν από ένα λοφίο που αντλείται από μια από τις «σταγόνες» βαθιά κοντά στον πυρήνα της Γης. Εάν οι σταγόνες είναι πράγματι πλούσιες σε βολφράμιο-182, τότε δεν πρόκειται για νεκροταφεία τεκτονικών πλακών όπως υποψιάζονται πολλοί γεωφυσικοί, αλλά χρονολογούνται στη βρεφική ηλικία του πλανήτη. Ο Ρίζο εικάζει ότι είναι κομμάτια από τα πλανητάρια που συγκρούστηκαν για να σχηματίσουν τη Γη και ότι τα κομμάτια παρέμειναν άθικτα στη διαδικασία. «Αν έχετε πολλές συγκρούσεις», είπε, «τότε έχετε τη δυνατότητα να δημιουργήσετε αυτόν τον αποσπασματικό μανδύα». Το εσωτερικό της πρώιμης Γης, σε εκείνη την περίπτωση, δεν έμοιαζε σε τίποτα με τον αρχέγονο ωκεανό μάγματος που απεικονίζεται στα σχολικά βιβλία.
Περισσότερα στοιχεία για την ανωμαλία του εσωτερικού έχουν εμφανιστεί. Στη συνάντηση της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης νωρίτερα αυτόν τον μήνα, η ομάδα του Walker ανέφερε μια αρνητική ανωμαλία βολφραμίου - δηλαδή, ένα έλλειμμα βολφραμίου-182 σε σχέση με το βολφράμιο-184 - σε βασάλτες από τη Χαβάη και τη Σαμόα. Αυτή και άλλες συγκεντρώσεις ισοτόπων στα πετρώματα υποδηλώνουν ότι τα υποθετικά λοφία που τα παρήγαγαν μπορεί να αντλούν από έναν αρχέγονο θύλακα μετάλλων, συμπεριλαμβανομένου του βολφραμίου-184. Ίσως αυτά τα μέταλλα απέτυχαν να απορροφηθούν στον πυρήνα κατά τη διάρκεια της διαφοροποίησης των πλανητών.
Εν τω μεταξύ, ο Elliott εξηγεί τις θετικές ανωμαλίες βολφραμίου σε πετρώματα αρχαίου φλοιού, όπως τα δείγματα Isua των 3,8 δισεκατομμυρίων ετών, υποθέτοντας ότι αυτοί οι βράχοι μπορεί να είχαν σκληρυνθεί στην επιφάνεια πριν από το τελευταίο μισό τοις εκατό της μάζας της Γης — παραδοθεί στον πλανήτη σε μεγάλο χρονικό διάστημα ουρά μικρών κρούσεων — αναμειγνύονται σε αυτές. Αυτές οι όψιμες κρούσεις, γνωστές ως «όψιμος καπλαμάς», θα είχαν προσθέσει μέταλλα όπως χρυσό, πλατίνα και βολφράμιο (κυρίως βολφράμιο-184) στον μανδύα της Γης, μειώνοντας τη σχετική συγκέντρωση του βολφραμίου-182. Ως εκ τούτου, οι βράχοι που βγήκαν στην επιφάνεια νωρίς μπορεί να έχουν καταλήξει με θετικές ανωμαλίες βολφραμίου.
Άλλα στοιχεία περιπλέκουν αυτήν την υπόθεση, ωστόσο - συγκεκριμένα, οι συγκεντρώσεις χρυσού και πλατίνας στα πετρώματα Isua ταιριάζουν με τους παγκόσμιους μέσους όρους, υποδηλώνοντας ότι τουλάχιστον κάποιο υλικό όψιμου καπλαμά αναμειγνύεται σε αυτά. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει συνεκτικό πλαίσιο που να καλύπτει όλα τα δεδομένα. Αλλά αυτή είναι η «φάση της ανακάλυψης», είπε ο Carlson, αντί για μια στιγμή για μεγάλα συμπεράσματα. Καθώς οι γεωχημικοί χαρτογραφούν σταδιακά τα λοφία και τις αρχέγονες δεξαμενές σε όλη τη Γη από τον πυρήνα μέχρι τον φλοιό, οι υποθέσεις θα δοκιμαστούν και μια αφήγηση σχετικά με το σχηματισμό της Γης θα αποκρυσταλλωθεί σταδιακά.
Ο Έλιοτ εργάζεται για να δοκιμάσει την υπόθεσή του για όψιμο καπλαμά. Ανταλλάσσοντας προσωρινά το φασματόμετρο μάζας του για μια βαριοπούλα, συνέλεξε μια σειρά από πετρώματα φλοιού στην Αυστραλία ηλικίας από 3 έως 3,75 δισεκατομμύρια ετών. Παρακολουθώντας την αναλογία ισοτόπων βολφραμίου ανά τους αιώνες, ελπίζει να εντοπίσει τη στιγμή που ο μανδύας που παρήγαγε τον φλοιό αναμείχθηκε πλήρως με υλικό όψιμου καπλαμά.
«Αυτά τα πράγματα δεν λειτουργούν ποτέ τόσο απλά», είπε ο Έλιοτ. "Αλλά πάντα ξεκινάς με την πιο απλή ιδέα και βλέπεις πώς πάει."
