«Мы склонны думать о Земле как об изолированной системе, в которой имеют значение только внутренние процессы», – говорит Крейг О’Нил, директор Центра планетарных исследований Университета Маккуори. "Однако мы все чаще наблюдаем влияние динамики Солнечной системы на поведение Земли."
Моделирование и сравнение с исследованиями лунных столкновений показали, что после аккреции Земли около 4.6 миллиардов лет назад разрушительные удары Земли продолжали формировать планету в течение сотен миллионов лет. Хотя эти события, похоже, со временем сужаются, слои сфер – отличительные слои круглых частиц, сконденсировавшиеся из породы, испаренной во время внеземного столкновения – обнаруженные в Южной Африке и Австралии, предполагают, что Земля пережила период интенсивной бомбардировки около 3 лет.2 миллиарда лет назад, примерно в то же время, в летописи горных пород появляются первые признаки тектоники плит.
Это совпадение заставило О’Нила и соавторов Симоне Марчи, Уильяма Боттке и Роджера Фу задуматься, могут ли эти обстоятельства быть связаны между собой. «Исследования по моделированию самой ранней Земли предполагают, что очень большие столкновения – более 300 км в диаметре – могут вызвать значительную тепловую аномалию в мантии», – говорит О’Нил. Похоже, что это достаточно изменило плавучесть мантии, чтобы создать апвеллинги, которые, по словам О’Нила, «могли напрямую влиять на тектонику."
Но немногочисленные свидетельства, найденные до сих пор, относятся к архее – периоду времени, охватывающему 4 года.От 0 до 2.5 миллиардов лет назад – предполагает, что в течение этого интервала произошли в основном более мелкие столкновения диаметром менее 100 км.
Чтобы определить, были ли эти более скромные столкновения по-прежнему крупными и достаточно частыми, чтобы инициировать глобальную тектонику, исследователи использовали существующие методы, чтобы расширить данные о среднеархейских столкновениях, а затем разработали численное моделирование для моделирования тепловых эффектов этих воздействий на мантию Земли.
Результаты показывают, что во время Среднего Архея столкновения шириной 100 км (примерно на 30 км шире, чем гораздо более молодой кратер Чикскулуб) были способны ослабить твердый внешний слой Земли. Это, по словам О’Нила, могло послужить спусковым крючком для тектонических процессов, особенно если внешний вид Земли уже был «подготовлен» к субдукции.
«Если бы литосфера была повсюду одинаковой толщины, такие удары не имели бы большого эффекта», – утверждает О’Нил. Но во время Среднего Архея, по его словам, планета остыла настолько, что мантия в одних местах утолщалась, а в других – тонкой.
Моделирование показало, что, если столкновение произойдет в области, где существуют эти различия, это создаст точку слабости в системе, которая уже имеет большой контраст плавучести, и в конечном итоге запустит современные тектонические процессы.
«Наша работа показывает, что существует физическая связь между историей столкновений и тектонической реакцией примерно в то время, когда предположительно началась тектоника плит», – говорит О’Нил. «Процессы, которые сегодня довольно маргинальны – такие как воздействие или, в меньшей степени, вулканизм – активно влияли на тектонические системы на ранней Земле», – говорит он. "Изучив последствия этих процессов, мы можем начать изучение того, как появилась современная пригодная для жизни Земля."