وقتی راه شیری به زمین شکل داد؛
آیا تولد قارهها با سفر خورشید در کهکشان ارتباط دارد؟
چه ارتباطی میتواند میان بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری و شکلگیری نخستین قارههای زمین وجود داشته باشد؟
به گزارش آفتاب نیوز،
چه ارتباطی میتواند میان بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری و شکلگیری نخستین قارههای زمین وجود داشته باشد؟ برخی پژوهشها این احتمال را مطرح میکنند که حرکت منظومه شمسی در راه شیری، در دورههایی مسیر دنبالهدارهای دوردست را تغییر و با هدایت آنها به بخشهای داخلی منظومه شمسی، احتمال برخورد با زمین جوان را افزایش داده باشد.
به نقل از دیجیاتو، این برخوردهای عظیم میتوانستند بخشهایی از پوسته زمین را ذوب کنند و در شکلگیری هستههای اولیه قارهها نقش داشته باشند. شواهد بهجامانده در سنگهای بسیار قدیمی زمین و ماه نیز باعث شدهاند پژوهشگران ارتباط احتمالی میان رویدادهای کهکشانی و مراحل اولیه تحول زمین را با دقت بیشتری بررسی کنند.
زمین فقط از درون شکل نگرفته است
برای توضیح تاریخ زمین، معمولاً توجه ما به فرایندهای درونی سیاره معطوف میشود؛ از گرمای باقیمانده از زمان تشکیل زمین و واپاشی عناصر رادیواکتیو تا جریان مواد در گوشته. همین فرایندها زمینهساز آتشفشانها، حرکت صفحات تکتونیکی و شکلگیری و بازیافت پوسته زمین بودهاند.
اما زمین هرگز یک سامانه کاملاً بسته نبوده است. در طول تاریخ، بارها اجرامی از فضا با آن برخورد کردهاند و این برخوردها در دوران اولیه منظومه شمسی بسیار شدیدتر و پرتعدادتر از امروز بودهاند. سطح پر از دهانههای ماه، یادگار دورانی پر از برخوردهای شدید فضایی است، دورانی که زمین جوان هم از آن بینصیب نماند.
تفاوت اینجاست که ماه بسیاری از آثار برخوردهای باستانی را حفظ، اما زمین در طول میلیاردها سال بارها سطح خود را بازسازی کرده است. فرسایش، رسوبگذاری، دگرگونی و تکتونیک صفحهای، بیشتر دهانهها و نشانههای مستقیم آن برخوردها را از بین بردهاند.
بااینحال، ممکن است اثر این رویدادها هنوز در سنگهای بسیار قدیمی زمین باقی مانده باشد؛ البته نه به شکل یک دهانه، بلکه به صورت نشانههای شیمیایی و ایزوتوپی که میتوانند سرنخهایی از برخوردهای میلیاردها سال پیش در اختیار پژوهشگران قرار دهند.
زیرکن؛ حافظهای کوچک با عمر میلیاردساله
یکی از مهمترین منابع ما برای شناخت زمین اولیه، بلور کوچکی بهنام زیرکن است. این کانی مقاومت بسیار بالایی دارد و میتواند میلیاردها سال دوام بیاورد. بههمیندلیل، اطلاعاتی از شرایط زمان شکلگیری خود را در ترکیب شیمیاییاش حفظ میکند.
دو نوع اطلاعات در زیرکن اهمیت ویژهای دارند: ایزوتوپهای هافنیوم و اکسیژن. بررسی ایزوتوپهای هافنیوم به زمینشناسان کمک میکند بفهمند مواد سازنده ماگما مستقیماً از گوشته آمدهاند یا از ذوب دوباره پوستههای قدیمیتر شکل گرفتهاند. به بیان ساده، این ایزوتوپها میتوانند نشان دهند که در هر دوره چه مقدار ماده تازه از گوشته وارد پوسته و چه مقدار از پوسته قدیمی دوباره بازیافت شده است.
با قرار گرفتن دادههای هزاران زیرکن باستانی در کنار هم، یک نکته جالب دیده میشود: تغییرات پوسته زمین همیشه روندی ثابت و یکنواخت نداشتهاند. در برخی دورهها، ترکیب ایزوتوپی زیرکنها بهطور محسوسی تغییر میکند و نشان میدهد که شکلگیری پوسته جدید یا بازسازی پوستههای قدیمی در آن زمان شدت گرفته است.
جالبتر اینکه بخشی از این تغییرات با فاصلههای زمانی نزدیک به ۱۵۰ میلیون سال تکرار میشوند. همین الگوی زمانی، سرنخی است که پای حرکت منظومه شمسی در کهکشان را به این ماجرا باز میکند.
بلورهای باستانی زیرکُن، با حفظ لایههای رشد و امضاهای ایزوتوپی هافنیوم و اکسیژن، سرنخهایی ارزشمند از شکلگیری پوسته زمین و شرایط اعماق سیاره در میلیاردها سال پیش در خود ثبت کردهاند.
خورشید همراه میلیاردها ستاره دیگر به دور مرکز راه شیری میچرخد، اما مسیر آن یک دایره ساده و ثابت نیست. از طرفی، بازوهای مارپیچی کهکشان نیز با سرعتی متفاوت حرکت میکنند. بنابراین، منظومه شمسی در بازههای زمانی بسیار طولانی وارد نواحی متراکمتر مرتبط با این بازوها میشود و سپس از آنها فاصله میگیرد.
در مدل سادهای که راه شیری را دارای چهار بازوی مارپیچی در نظر میگیرد، فاصله میان دو عبور متوالی منظومه شمسی از بازوها حدود ۱۸۰ تا ۱۹۰ میلیون سال برآورد میشود. البته این عدد قطعی نیست، زیرا به مدل حرکت بازوهای کهکشان بستگی دارد و مسیر خورشید در چند میلیارد سال گذشته را نمیتوان با دقت کامل بازسازی کرد.
خورشید علاوهبر گردش به دور مرکز کهکشان، حرکت نوسانی دیگری نیز دارد و در مسیر خود کمی به مرکز راه شیری نزدیک و از آن دور میشود. این نوسان تقریباً هر ۱۵۰ میلیون سال تکرار میشود؛ بازهای که رد آن در تغییرات برخی زیرکنهای بسیار قدیمی هم دیده شده است.
این شباهت بهتنهایی وجود یک رابطه علت و معلولی را ثابت نمیکند. بااینحال، وقتی شواهد زمینشناسی و سیارهای دیگری نیز با این الگو همخوانی پیدا میکنند، احتمال وجود ارتباط میان این رویدادها ارزش بررسی بیشتری پیدا میکند.
حلقه گمشده: ابر اورت
برای پیدا کردن ارتباط میان رویدادهای کهکشانی و زمین، باید به دورترین بخشهای منظومه شمسی برویم؛ جایی که مجموعه بزرگی از اجرام یخی در منطقهای بهنام ابر اورت قرار گرفتهاند.
این اجرام میتوانند میلیونها یا حتی میلیاردها سال در فاصلهای بسیار دور از خورشید باقی بمانند. اما همین فاصله زیاد باعث میشود مدار آنها در برابر اثرات گرانشی بیرونی حساس باشد. عبور ستارهها از نزدیکی منظومه شمسی، میدان گرانشی راه شیری یا ورود منظومه شمسی به مناطق متراکمتر کهکشان میتواند مدار برخی از این اجرام را تغییر دهد.
در چنین شرایطی، اختلالهای گرانشی میتوانند مسیر برخی اجرام ابر اورت را تغییر دهند و آنها را از نواحی دوردست منظومه شمسی بهسمت خورشید هدایت کنند. اگر عبور منظومه شمسی از بخشهای متراکمتر کهکشان این اختلالها را تشدید کرده باشد، احتمال ورود دنبالهدارهای بیشتر به بخشهای داخلی منظومه شمسی و نزدیکی زمین نیز افزایش مییابد.
برای زمین اولیه، برخورد یکی از این اجرام بزرگ فقط به ایجاد یک دهانه محدود نمیشد، انرژی آزادشده در چنین برخوردی میتوانست تغییرات بسیار گستردهتری در پوسته زمین ایجاد کند.
از ساختار کهکشانی تا پیدایش نخستین قارهها: نمایش شماتیک یک زنجیره فرضی که در آن عبور منظومه شمسی از نواحی متراکمتر بازوی مارپیچی راه شیری میتواند با افزایش اختلالات گرانشی در ابر اورت، ورود دنبالهدارهای بلنددوره به منظومه داخلی و برخوردهای بزرگ با زمین اولیه همراه شود؛ برخوردهایی که از طریق حفاری پوسته، ذوب ناشی از کاهش فشار در گوشته و تفکیک مواد کمچگال، میتوانند در شکلگیری پوسته قارهای اولیه نقش داشته باشند.
برخوردی که میتواند گوشته را ذوب کند
شدت یک برخورد به جرم و سرعت جسم برخوردکننده بستگی دارد. در سرعتهای بسیار بالای کیهانی، حتی چند کیلومتر بر ثانیه اختلاف سرعت میتواند مقدار انرژی آزادشده را بهطور چشمگیری تغییر دهد.
دنبالهدارهایی که از نواحی دوردست منظومه شمسی میآیند، گاهی با سرعت بسیار بالایی به زمین میرسند. ازآنجاکه انرژی جنبشی با مربع سرعت افزایش پیدا میکند، چنین اجرامی میتوانند هنگام برخورد انرژی عظیمی آزاد کنند.
در برخوردهای بسیار بزرگ، اثر برخورد فقط به ذوب سنگهای سطحی محدود نمیشود. اگر برخورد بهاندازه کافی شدید باشد، بخش بزرگی از پوسته و سنگکره جابهجا یا تخریب میشود و فشار روی مواد عمیقتر کاهش پیدا میکند. این افت فشار میتواند بخشی از گوشته را ذوب کند و حجم زیادی ماگما به وجود آورد.
این فرایند در زمین اولیه، که دمای درونی آن بالاتر از امروز بود، احتمالاً تأثیر بیشتری داشت. بنابراین، یک برخورد عظیم میتوانست هم پوسته موجود را ذوب و دوباره پردازش کند و هم مواد تازهای را از گوشته به پوسته برساند. جالب اینکه هر دو فرایند میتوانند تغییراتی ایجاد کنند که رد آنها در ترکیب ایزوتوپی هافنیومِ زیرکنهای بسیار قدیمی دیده میشود.
اکسیژن هم بخشی از داستان را روایت میکند
هافنیوم تنها سرنخی نیست که زیرکنها در اختیار ما میگذارند. ایزوتوپهای اکسیژن نیز میتوانند نشان دهند چه نوع موادی در تشکیل ماگما نقش داشتهاند. در برخی دورههای بسیار قدیمی، ترکیب اکسیژنی زیرکنها تنوع بیشتری پیدا میکند. این تغییر میتواند از ورود همزمان مواد با منشأهای متفاوت به فرایند ذوب خبر دهد.
در فاصله حدود ۴٫۱ تا ۳٫۲ میلیارد سال پیش، سه مورد از چهار تغییر برجسته در ترکیب اکسیژنی زیرکنها از نظر زمانی با دورههای احتمالی عبور منظومه شمسی از بازوهای مارپیچی راه شیری همزمان بودهاند.
یکی از توضیحات پیشنهادی این است که برخوردهای بسیار بزرگ، همزمان سنگهای سطحی را ذوب و در بخشهای عمیقتر زمین ماگمای تازه تولید کردهاند. ترکیب این مواد با منشأهای متفاوت میتواند دلیل افزایش تنوع ایزوتوپی اکسیژن در زیرکنها باشد.
اما پس از حدود ۳٫۳ میلیارد سال پیش، این همزمانی دیگر به روشنی دیده نمیشود. در آن زمان، فرایندهای درونی زمین مانند فرورانش و بازیافت پوسته فعالتر و پیچیدهتر شده بودند. درنتیجه، جدا کردن اثر احتمالی عوامل بیرونی از تغییراتی که خود زمین ایجاد میکرد، دشوارتر شد.
ماه؛ شاهدی که حافظهاش پاک نشده است
زمین در طول میلیاردها سال بخش زیادی از آثار برخوردهای قدیمی را از بین برده، اما ماه چنین تغییری را تجربه نکرده است. نبود اقیانوسها، فرسایش شدید و تکتونیک صفحهای فعال باعث شد سطح ماه بسیاری از نشانههای برخوردهای باستانی را حفظ کند.
بررسی سن سنگهای مذابی ماه نشان میدهد که بخشی از آنها در دورههایی شکل گرفتهاند که با زمانهای احتمالی عبور منظومه شمسی از بازوهای مارپیچی راه شیری همپوشانی دارند. در زمین نیز، با وجود اینکه بسیاری از آثار برخوردهای بسیار قدیمی از بین رفتهاند، بعضی بازههای زمانی نشانههایی از افزایش برخوردهای پرانرژی را نشان میدهند.
در مجموع، سه دسته شواهد مستقل داریم: زیرکنهای باستانی زمین، دهانههای برخوردی و سنگهای ماه. همخوانی زمانی میان این شواهد، احتمال ارتباط میان حرکت منظومه شمسی در کهکشان و دورههای افزایش برخوردها را تقویت میکند. بااینحال، هنوز نمیتوان آن را یک رابطه قطعی و اثباتشده دانست.
ماه تاریخ برخوردها را حفظ میکند؛ زمین آن را با فرسایش و فعالیتهای زمینشناختی بازنویسی میکند.
آیا راه شیری واقعاً قارههای زمین را ساخته است؟
پاسخ کوتاه این است: هنوز نمیتوان این ارتباط را قطعی دانست.
بازسازی حرکت خورشید و بازوهای مارپیچی راه شیری در چند میلیارد سال گذشته با عدمقطعیت زیادی همراه است. از طرفی، زمین نیز بخش بزرگی از آثار برخوردهای بسیار قدیمی را از دست داده است. علاوهبر این، بسیاری از تغییرات پوسته را میتوان با فرایندهای درونی زمین، مانند جریانهای گوشته، فرورانش و بازیافت پوسته توضیح داد.
همه برخوردها نیز منشأ دنبالهداری ندارند و عبور منظومه شمسی از یک بازوی کهکشانی لزوماً به معنای وقوع برخوردی عظیم روی زمین نیست. به احتمال زیاد، تاریخ زمین حاصل ترکیبی از عوامل درونی و بیرونی بوده است؛ فرایندهای درونی بهطور مداوم پوسته را تغییر دادهاند و برخوردهای بزرگ نیز در برخی دورهها میتوانستند این روند را مختل کنند یا به آن سرعت بدهند.
اهمیت این فرضیه بیشتر در زاویه دیدی است که پیشنهاد میکند. تاریخ قارهها معمولاً با فرایندهایی توضیح داده میشود که از درون زمین آغاز میشوند، اما شاید در نخستین میلیارد سالهای عمر سیاره، بخشی از تغییرات بزرگ پوسته تحتتأثیر رویدادهایی خارج از زمین قرار گرفته باشد.
اگر پژوهشهای آینده این ارتباط را بیشتر تأیید کنند، برای توضیح شکلگیری نخستین قارهها دیگر نمیتوان فقط به درون زمین نگاه کرد. حرکت خورشید در راه شیری، اختلال اجرام ابر اورت، برخورد دنبالهدارها، سنگهای ماه و زیرکنهای باستانی همگی میتوانند بخشهایی از یک داستان مشترک باشند.
در این صورت، بخشی از تاریخ سنگهایی که امروز قارههای زمین را ساختهاند، شاید از رویدادهایی آغاز شده باشد که بسیار دورتر از خود زمین رخ دادهاند؛ جایی در مسیر حرکت منظومه شمسی در راه شیری.
ارسال پیام
لینک های مفید