科学家们经由在地壳中发现的微小晶体已经追踪了地球穿过星系的路径

By Chris Kirkland, Phil Sutton

2022/11/14

Science & Astronomy

比人类头发宽度更小的微小矿物质颗粒把持我们的地球的建设的线索。

(Image credit: Triff/Shutterstock)

本文最初发表在《对话》杂志上。该出版物将文章贡献给了太空网站的专家之声：编辑意见和洞察。

克里斯·柯克兰Chris Kirkland是澳大利亚科廷大学的地质学教授。菲尔·萨顿Phil Sutton是英国林肯大学天体物理学的高级讲师。这些科学家是最近一项研究关于地球的通过作为太阳系星系部分的路径的作者。

由威廉·布莱克写的诗的开篇在一粒沙子里来看一个世界是一个经常使用的也捕捉到地质学家所做的一些事情的短语。

我们观察小于一根人类头发宽度的矿物颗粒的组成，然后，我们推断它们提出的化学过程来沉思我们的星球本身的建造。

现在，我们已经把这一微小的注意力转向了新的高度，把微小的颗粒和地球在银河系环境中的位置联系起来。

远望宇宙

克里斯柯克兰

地质学教授

克里斯·柯克兰是西澳大利亚科廷大学的地质学教授，在那里他为西澳大利亚地质调查局的高级地质年代学家。在科廷学院，他领导针对科廷节点矿物系统主题时间尺度与勘探中心。

在一个甚至更大的尺度上，天体物理学家们寻求来理解宇宙和我们在其中的位置。他们利用物理定律来开发描述天体轨道的模型。

虽然我们可能认为行星的表面是完全被地球内部的过程的某些东西形成，但我们的星球无疑已经感受到了它的宇宙环境的影响。这包括地球的轨道的周期性变化、太阳输出中的变化、伽马射线爆发，当然还有陨石撞击。

仅观察月球和它坑坑洼洼的表面应该提醒我们鉴于地球的质量比它的灰色卫星更大80多倍。事实上，最近的工作已经指向陨石撞击在地球大陆地壳产生中的重要性，帮助来形成在我们星球年轻时漂浮在地球的最外层的浮力 “种子”。

我们和我们的国际同事团队现在已经识别了这个早期大陆地壳产生中的节奏，而节奏指向一个真的宏大的驱动机制。这项研究刚刚发表在《地质学》杂志上。

居住在银河系中使它不可能来画出，但我们的星系被认为与其它棒螺旋星系相似，比如NGC 4394 (Image credit: ESA/Hubble & NASA)

地球上地壳生产的节奏

菲尔萨顿

天体物理学高级讲师

菲尔·萨顿是英国林肯市林肯大学天体物理学的高级讲师，在那里他研究太空中更小的天体，包括行星、卫星、小行星和太阳系内外的行星环。

地球上的许多岩石从熔融的或半熔融的岩浆形成。这种岩浆要么直接来自地幔------地壳下主要是固体但缓慢流动的层------要么来自前存在的甚至更旧的地壳的重新烹饪。随液态岩浆冷却，它最终会冻结为坚硬的岩石。

通过岩浆结晶的冷却过程，矿物颗粒生长并能显著随时间衰变并产生一种秒表的铀等元素，记录它们的年龄。不仅如此，晶体还能陷住追踪它们的亲代岩浆的组成的其他元素，比如一个姓氏怎样追踪一个人的家庭一样。

有了年龄和成分这两个信息，然后我们能重建地壳生产的一个时间轴。然后，我们能用傅里叶变换的数学魔法解码它的主要频率，这个工具基本上解码事件的频率，就像已经成了一个蛋糕的没有搅拌的成分一样。

我们的来自这种方法的结果提出在早期地球上一个地壳生产大约2亿年的节奏。

我们在宇宙中的位置

但还有另一个有类似节奏的过程。我们的太阳系和银河系的四个旋臂都正在围绕着星系中心的超大质量黑洞自旋，但它们正以不同的速度移动。

旋臂以每秒210公里的速度，而太阳以每秒240公里的速度加速，这意味着我们的太阳系正在星系的臂上冲浪。你能把螺旋臂想为就像一个交通堵塞减缓了恒星通过的密集的区域一样，这只会清道路上更远的地方（或穿过臂）。

地质事件，包括太阳系通过银河旋臂时突出的主要地壳形成事件。. (Image credit: NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt)

这个模型造成一个在我们的太阳系做出每次进入星系的一个螺旋臂之间大约有2亿年。

如此，在地球上地壳产生的时间和它绕银河旋臂用的时间长度之间似乎是一个可能的联系------但为什么呢？

来自云的打击

在我们太阳系的遥远区域，一团叫奥尔特云的冰岩石碎片被认为围绕着我们的太阳运行。

随太阳系周期性移动进入一个旋臂，它和奥尔特云之间的相互作用被提出来从云中挪动物质，把它发送到更接近太阳系内部。其中一些物质甚至可能撞击地球。

银河系的结构和太阳系的通过它的轨道可能对控制一些重大地球撞击的频率是重要的，而这反过来可能已经播种了早期地球的地壳产生。 (Image credit: jivacore/Shutterstock)

地球体验相对频繁的来自小行星带岩石体的撞击，平均速度达到每秒15公里。但从奥尔特云中甩出来的彗星远更块的到达，平均每秒52公里。

我们争论正是这些周期性的高能撞击被保存在微小矿物颗粒中的地壳生产记录跟踪。彗星撞击挖掘了大量的地球表面，导致地幔的减压融化，这与打开一瓶吱吱的瓶塞没有太大的不同。

这种富含硅、铝、钠、钾等轻元素的熔岩有效的漂浮在更密的地幔上。虽然有许多其他的来产生大陆地壳的方式，但很可能撞击在我们早期星球上形成了有浮力的地壳种子。由后来的地质过程产生的岩浆会粘附在这些早期的种子上。

注定灭亡的先兆还是陆地生命的园丁？

大陆地壳在地球的大多数自然循环中都是至关重要的------它与水和氧相互作用，形成新的风化产物，宿主大多数金属和生物碳。

大型陨石撞击是能泯灭生命的毁灭性事件。然而，这些撞击很可能对我们所生活在的大陆的地壳发展是关键。

随着最近星际小行星穿过太阳系，一些小行星甚至到目前为止来提出它们跨宇宙运送生命。

然而我们来到了这里，这是在一个晴朗的夜晚抬头看天空并看到它们跟踪的星星和结构然后向下看你的脚并感觉矿物颗粒、岩石和大陆地壳——所有真的通过一个非常宏大的节奏被联系的令人敬畏的激励。

 本文在知识共享许可下从对话重新发布。请阅读原文。

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