کشف سرنخ‌هایی در مورد ساختار زمین

زمین‌شناسان معمولا ترکیب دانه‌های معدنی را بررسی می‌کنند که کوچک‌تر از عرض یک تار موی انسان است. سپس، فرآیندهای شیمیایی را که این دانه‌ها نشان می‌دهند، برای تأمل در ساختار سیاره زمین مورد بررسی قرار می‌دهند.اکنون، "کریس کرکلند"(Chris Kirkland)، استاد زمین‌شناسی "دانشگاه کورتین"(Curtin University) استرالیا و همکارانش، توجه خود را به موضوعات جدیدی معطوف ساخته‌اند و دانه‌های ریز را به زمین در محیط کهکشانی مرتبط کرده‌اند.

کاوش در جهان
در مقیاس بزرگتر، اخترفیزیکدانان به دنبال درک جهان و جایگاه ما در آن هستند. آنها از قوانین فیزیک برای توسعه مدل‌هایی استفاده می‌کنند که مدار اجرام نجومی را توضیح می‌دهند.اگرچه ممکن است سطح سیاره را چیزی بدانیم که توسط فرآیندهای کاملا درونی زمین شکل گرفته اما سیاره ما بدون شک تأثیرات محیط کیهانی خود را احساس کرده است. این تاثیرات شامل تغییرات دوره‌ای در مدار زمین، تغییرات در خروجی خورشید، انفجار پرتو گاما و برخورد شهاب‌سنگ هستند.

با توجه به اینکه جرم زمین بیش از ۸۰ برابر قمر خاکستری آن است، فقط نگاه کردن به ماه و سطح آن می‌تواند این موضوع را به ما یادآوری کند. پژوهش کرکلند و همکارانش، اهمیت برخورد شهاب‌سنگ را در تولید پوسته قاره‌ای روی زمین خاطرنشان کرده است. این پژوهش می‌گوید که برخورد شهاب‌سنگ، به تشکیل دانه‌های شناور کمک می‌کند که در جوانی روی بیرونی‌ترین لایه سیاره ما شناور بودند.کرکلند و یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران اکنون اصولی را در تولید این پوسته قاره‌ای اولیه شناسایی کرده‌اند که سرعت آن به یک مکانیسم واقعا بزرگ اشاره دارد.

تولید پوسته زمین
بسیاری از سنگ‌های روی زمین، از ماگمای مذاب یا نیمه‌مذاب تشکیل می‌شوند. این ماگما یا مستقیما از گوشته یا از حرارت دیدن مجدد قطعات قدیمی‌تری از پوسته به دست می‌آید. ماگمای مایع با سرد شدن، در نهایت به سنگ جامد تبدیل می‌شود.

از طریق این فرآیند خنک‌سازی تبلور ماگما، دانه‌های معدنی رشد می‌کنند و می‌توانند عناصری مانند اورانیوم را که به مرور زمان تجزیه می‌شوند، به دام بیاندازند و سن آنها را ثبت کنند. کریستال‌ها می‌توانند نه تنها این عناصر، بلکه عناصر دیگری را نیز به دام بیندازند که ترکیب ماگمای والدین آنها را ردیابی می‌کند؛ مانند این که بررسی یک نام خانوادگی ممکن است خانواده یک شخص را ردیابی کند.

با در اختیار داشتن این اطلاعات یعنی سن و ترکیب می‌توانیم جدول زمانی تولید پوسته را بازسازی کنیم. سپس، می‌توانیم فرکانس‌های اصلی آن را با استفاده از جادوگری ریاضی "تبدیل فوریه"(Fourier transform) رمزگشایی کنیم. این روش اساسا فرکانس رویدادها را رمزگشایی می‌کند؛ دقیقا مانند بررسی موادی که برای درست کردن کیک در مخلوط‌کن ریخته شده‌اند.نتایج این پژوهش، یک ریتم تقریبی ۲۰۰ میلیون ساله را برای تولید پوسته در زمین اولیه نشان می‌دهد.

جایگاه ما در کیهان
روند دیگری با ریتم مشابه وجود دارد. منظومه شمسی ما و چهار بازوی مارپیچی کهکشان راه شیری هر دو به دور سیاه‌چاله کلان‌جرم در مرکز کهکشان می‌چرخند اما با سرعت‌های متفاوتی در حال حرکت هستند.بازوهای مارپیچی با سرعت ۲۱۰ کیلومتر در ثانیه به دور خود می‌چرخند؛ در حالی که خورشید با سرعت ۲۴۰ کیلومتر در ثانیه در حال حرکت است. این بدان معناست که منظومه شمسی ما در حال گشت و گذار به داخل و خارج از بازوهای کهکشان است. می‌توان بازوهای مارپیچی را به عنوان مناطق متراکمی در نظر گرفت که سرعت عبور ستارگان را بسیار کم می‌کند.به نظر می‌رسد که یک ارتباط احتمالی بین زمان تولید پوسته روی زمین و مدت زمان لازم برای چرخش به دور بازوهای مارپیچی کهکشانی وجود دارد اما چرا؟

برخورد با ابر اورت
براساس نظریه "یان اورت"(Jan Oort) ستاره‌شناس فقید هلندی، در نقاط دوردست منظومه شمسی، ابری به نام "ابر اورت"(Oort cloud) متشکل از خرده‌سیاره یخی وجود دارد که به دور خورشید ما می‌چرخد.همان طور که منظومه شمسی به طور دوره‌ای به سمت بازوی مارپیچی حرکت می‌کند، تعامل بین آن و ابر اورت، مواد را از ابر خارج می‌کند و آنها را به منظومه شمسی داخلی نزدیک‌تر می‌سازد. برخی از این مواد حتی ممکن است به زمین برخورد کنند.

زمین، برخوردهای نسبتا مکرری را با اجرام سنگی کمربند سیارک‌ها تجربه می‌کند که به طور متوسط با سرعت ۱۵ کیلومتر در ثانیه به آن می‌رسند اما دنباله‌دارهایی که از ابر اورت پرتاب می‌شوند، بسیار سریع‌تر و به طور متوسط با سرعت ۵۲ کیلومتر در ثانیه به زمین می‌رسند.استدلال کرکلند و گروهش این است که این تأثیرات دوره‌ای پرانرژی را می‌توان با ثبت رکورد تولید پوسته حفظ ‌شده در دانه‌های معدنی ریز پیگیری کرد. برخورد دنباله‌دار، حجم بزرگی از سطح زمین را حفاری می‌کند و به ذوب گوشته منجر می‌شود.

این سنگ مذاب که با عناصر سبکی مانند سیلیکون، آلومینیوم، سدیم و پتاسیم غنی شده است، به طور موثر روی گوشته متراکم‌تر شناور می‌شود. اگرچه راه‌های زیادی برای تولید پوسته قاره‌ای وجود دارد اما این احتمال نیز وجود دارد که برخورد، دانه‌های شناور پوسته را در سیاره اولیه ما تشکیل داده باشد. ماگمای تولیدشده از فرآیندهای زمین‌شناسی بعدی، به آن دانه‌های اولیه می‌چسبد.

مجری عذاب یا عامل زندگی زمینی؟
پوسته قاره‌ای در بیشتر چرخه‌های طبیعی زمین حیاتی است. این پوسته با آب و اکسیژن در تعامل قرار می‌گیرد، محصولات جدید حاصل از هوازدگی را تشکیل می‌دهد و همچنین، میزبان بیشتر فلزات و کربن بیولوژیکی است.
برخورد شهاب‌سنگ‌های بزرگ، رویدادهای فاجعه‌باری هستند که می‌توانند حیات را محو کنند. در هر حال، این تأثیرات ممکن است برای توسعه پوسته قاره‌ای که ما در آن زندگی می‌کنیم، بسیار مهم باشند.با عبور اخیر سیارک‌های میان‌ستاره‌ای از منظومه شمسی، برخی حتی تا آنجا پیش رفته‌اند که می‌گویند این نشان‌دهنده انتقال حیات در سراسر کیهان است.این پژوهش، در مجله "Geology" به چاپ رسید.