بمباران بی‌امان زمین توسط سیارک‌ها تشکیل اولین قاره‌ها را به تأخیر انداخت

امروزه سیاره زمین تقریباً هیچ شباهتی به دوران نوزادی خود ندارد. بیشتر شواهد مربوط به صدها میلیون سال نخست تاریخ زمین از بین رفته‌اند و همین موضوع باعث شده دانشمندان این دوره را یکی از مرموزترین فصل‌های تاریخ سیاره ما بدانند. پژوهشی جدید نشان می‌دهد که شاید علت این راز دیرینه، نه تنها فعالیت‌های زمین‌شناسی، بلکه بمباران بی‌امان سیارک‌ها در آغاز شکل‌گیری منظومه شمسی بوده باشد.

دوره‌ای که از زمان شکل‌گیری زمین، حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش، تا حدود ۴ میلیارد سال پیش ادامه داشت، در زمین‌شناسی با نام هادئن (پیشازیستی) شناخته می‌شود. از این بازه زمانی فقط تعداد اندکی سنگ بسیار قدیمی و چند بلور زیرکن باقی مانده است که سرنخ‌هایی محدود از وضعیت زمین جوان در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهند. تقریباً تمام پوسته اولیه زمین از بین رفته و به همین دلیل، دانشمندان از مدت‌ها پیش در تلاش‌اند تا بفهمند چرا هیچ اثری از نخستین قاره‌های زمین باقی نمانده است.

تاکنون بسیاری از دانشمندان معتقد بودند پوسته اولیه زمین به‌تدریج در اثر تکتونیک صفحه‌ای از بین رفته است. در این فرایند، بخش‌هایی از پوسته به اعماق زمین فرو می‌روند، ذوب می‌شوند و دوباره در ساخت پوسته جدید به کار گرفته می‌شوند. اما پژوهشگران به سرپرستی تیم جانسون، زمین‌شناس دانشگاه کرتین استرالیا، معتقدند ماجرا ممکن است بسیار زودتر و از زمانی آغاز شده باشد که پوسته زمین هنوز فرصت نکرده بود به ساختاری پایدار تبدیل شود.

به گفته گروه پژوهشی، زمین جوان درطول صدها میلیون سال نخست تاریخ خود بارها هدف برخورد سیارک‌های غول‌پیکر قرار گرفت. این برخوردها تنها دهانه‌های برخوردی ایجاد نمی‌کردند، بلکه مقدار عظیمی انرژی به سیاره منتقل می‌کردند. این انرژی سرانجام به گرما تبدیل می‌شد و بخش بزرگی از پوسته و گوشته بالایی زمین را برای مدت طولانی داغ و نیمه‌مذاب نگه می‌داشت.

شاید این پرسش مطرح شود که اگر تقریباً هیچ اثری از پوسته اولیه زمین باقی نمانده، دانشمندان چگونه می‌توانند درباره برخوردهای میلیاردها سال پیش اظهار نظر کنند؟ پاسخ در همسایه نزدیک زمین، یعنی ماه نهفته است.

برخلاف زمین، ماه تقریباً هیچ تکتونیک صفحه‌ای، فرسایش یا چرخه بازیافت پوسته ندارد؛ بنابراین دهانه‌های برخوردی آن مانند آرشیوی طبیعی، تاریخ برخوردهای منظومه شمسی را درطول میلیاردها سال حفظ کرده‌اند.

جانسون می‌گوید: «اگر می‌خواهید بدانید در آغاز تاریخ زمین چه اتفاقی رخ داده، کافی است به ماه نگاه کنید. من حتی فرصت داشته‌ام مقاطع نازکی از نمونه‌های ماه را زیر میکروسکوپ بررسی کنم و تقریباً تمام آن‌ها آثار خردشدگی ناشی از برخوردهای شدید را نشان می‌دهند.»

علاوه بر ماه، سطح عطارد، مریخ، سیارک‌ها و حتی شهاب‌سنگ‌های یافت‌شده روی زمین نیز تصویری نسبتاً کامل از شدت برخوردها در نخستین دوران منظومه شمسی ارائه می‌کنند. به گفته جانسون، تصور اینکه فقط زمین از این بمباران عظیم جان سالم به در برده باشد، چندان منطقی نیست.

پژوهشگران در مطالعه خود به جای آنکه تنها تعداد برخوردها را بررسی کنند، تلاش کردند محاسبه کنند مجموع انرژی این برخوردها چه اثری بر ساختار داخلی زمین گذاشته است.

به گزارش ساینس‌آلرت، براساس مدل‌های رایانه‌ای، زمین در دوره هادئن تقریباً به طور مداوم هدف برخورد اجرام بزرگ قرار داشت. بخشی از انرژی این برخوردها دهانه‌های عظیم به‌وجود می‌آورد، بخشی سنگ‌ها را تا فضا پرتاب می‌کرد و بخش مهمی نیز به صورت امواج ضربه‌ای قدرتمند در سراسر پوسته و گوشته منتشر می‌شد. این امواج در نهایت به گرما تبدیل می‌شدند و دمای درونی زمین را به‌شدت افزایش می‌دادند.

کریگ اونیل، ژئوفیزیک‌دان سیاره‌ای و یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید بیشتر این انرژی به صورت گرما وارد گوشته زمین می‌شد و بالا آمدن مواد داغ، ذوب‌شدن سنگ‌ها و تولید حجم عظیمی از ماگما را به‌دنبال داشت.

به گفته جانسون، گرچه برخوردهای بزرگ در مقیاس زمین‌شناسی بسیار رایج بودند، فاصله زمانی میان آن‌ها احتمالاً آن‌قدر زیاد بود که اگر انسانی در آن دوران زندگی می‌کرد، شاید فقط یک یا چند برخورد را در طول عمر خود مشاهده می‌کرد. او تصویری از زمین آن زمان ارائه می‌دهد: جهانی که بیشتر سطح آن را اقیانوس‌هایی سرشار از آهن با رنگ سبز مایل به قهوه‌ای پوشانده بود و آسمانی نارنجی‌رنگ و فاقد اکسیژن بر فراز آن قرار داشت. در محل برخوردهای قدیمی نیز احتمالاً آتشفشان‌های عظیمی شبیه ایسلند یا هاوایی امروزی از میان آب سر برمی‌آوردند و حجم زیادی گدازه و گاز به بیرون فوران می‌کردند.

مدل‌های پژوهشگران نشان می‌دهد گرمای حاصل از برخوردها باعث می‌شد سنگ‌های واقع در چند کیلومتری سطح زمین همچنان نیمه‌مذاب باقی بمانند. در چنین شرایطی، پوسته فرصت کافی برای ضخیم شدن و تشکیل صفحه‌های تکتونیکی پایدار یا قاره‌های اولیه را پیدا نمی‌کرد. به عبارت دیگر، هر بخشی از پوسته که تشکیل می‌شد، خیلی زود دوباره ذوب و وارد چرخه مواد مذاب می‌شد. بنابراین نخستین پوسته زمین بارها و بارها از نو شکل می‌گرفت و دوباره نابود می‌شد.

پس از آنکه شدت برخوردهای سیارکی کاهش یافت، زمین فرصت پیدا کرد تا به تدریج سرد، پوسته ضخیم‌تر و سخت‌تر و شرایط برای شکل‌گیری لیتوسفر پایدار و در نهایت آغاز تکتونیک صفحه‌ای فراهم شود که امروزه یکی از مهم‌ترین عوامل قابل سکونت بودن زمین به شمار می‌رود.

جانسون می‌گوید حتی ممکن است خود برخوردهای سیارکی بعدها در شکستن لیتوسفر اولیه و آغاز حرکت صفحه‌های تکتونیکی نیز نقش داشته باشند. البته این فرضیه‌ با دیدگاه رایج بسیاری از زمین‌شناسان، که منشأ این فرایندها را صرفاً در نیروهای داخلی زمین می‌دانند، تفاوت دارد.

گرچه فرضیه مورد بحث هنوز نیازمند بررسی‌های بیشتر است و احتمالاً سال‌ها طول خواهد کشید تا شواهد بیشتری برای آن جمع‌آوری شود، می‌تواند پاسخ مناسبی برای چندین پرسش قدیمی زمین‌شناسی باشد.

به اعتقاد جانسون، پاسخ بسیاری از این معماها ممکن است در همان بارش سهمگین سیارک‌هایی نهفته باشد که میلیاردها سال پیش زمین جوان را هدف قرار دادند. او تأکید می‌کند که زمین‌شناسان باید بیش از گذشته به اطلاعات ارزشمندی که ماه درباره گذشته زمین در اختیار ما قرار می‌دهد توجه کنند؛ زیرا تنها قمر زمین در واقع یکی از کامل‌ترین آرشیوهای طبیعی تاریخ نخستین منظومه شمسی است.

پژوهش در ژورنال Science منتشر شده است.