ردپای راه شیری در قدیمی‌ترین کریستال‌های زمین پیدا شد

به گزارش خبرنگار پایگاه خبری خبرهای آینده، در سپیده‌دم تاریخ سیاره ما، زمین کره‌ای نرم از سنگ‌های نیمه‌مذاب بیش نبود. به شکلی اسرارآمیز و طی صدها میلیون سال، بخش‌هایی از این اقیانوس سنگی به نخستین خشکی‌های قاره‌ای بدل شدند.

اکثر دانشمندان پاسخ این معما را در اعماق زمین و زمین‌شناسی ناآرام آن جستجو می‌کنند، اما گروهی از محققان به رهبری کریس کرکلند، زمین‌شناس دانشگاه کرتین استرالیا، انگشت اشاره را به سوی آسمان گرفته‌اند. آنها معتقدند رشد قاره‌ها تحت تأثیر عاملی بسیار عظیم‌تر قرار داشته است: سفر طولانی منظومه شمسی از میان بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری.

این فرضیه جسورانه بر پایه شواهدی است که در برخی از کهنسال‌ترین کانی‌های زمین یعنی بلورهای ریز زیرکون که میلیاردها سال پیش شکل گرفته‌اند، رمزگذاری شده است. کرکلند می‌گوید: شاید ما مرزهای زمین‌شناسی پیرامون سیستم زمین را بیش از حد محکم ترسیم کرده‌ایم. پرسش اصلی این نیست که آیا زمین به کهکشان پهناور متصل است یا خیر، بلکه این است که آیا این پیوندها ردپایی به قدر کافی قدرتمند در سابقه زمین‌شناسی بر جای نهاده‌اند که قابل شناسایی باشد.

سیاره ما در انزوا تکوین نیافته است. منظومه شمسی در هر ۲۵۰ میلیون سال یک بار گرد مرکز راه شیری می‌چرخد و تقریباً هر ۱۵۰ تا ۲۰۰ میلیون سال، از درون بازوهای مارپیچی کندتر کهکشان می‌گذرد؛ ساختارهایی چگال‌تر که گاز و غبار در آنها انباشته شده و ستارگان نوزاد متولد می‌شوند. این گذرها بی‌تأثیر بر زمین نبوده‌اند. منظومه شمسی را ابر اورت در بر گرفته است؛ پوسته‌ای کروی و غول‌پیکر از اجرام یخی که هزاران برابر دورتر از پلوتو نسبت به خورشید امتداد دارد و گمان می‌رود بسیاری از دنباله‌دارهای بلندمدت منظومه از آن سرچشمه می‌گیرند.

هنگام عبور از بازوهای مارپیچی، برهم‌کنش‌های گرانشی می‌توانند اجرام ابر اورت را از مدار خود بیرون رانده و به سمت بخش‌های داخلی منظومه شمسی پرتاب کنند. محققان استدلال می‌کنند که این برخوردهای سهمگین احتمالاً به ایجاد نخستین قطعات پایدار پوسته قاره‌ای یاری رسانده‌اند؛ همان بذرهایی که قاره‌های امروزی نهایتاً از دل آنها روییدند.

کرکلند می‌افزاید: شاید شگفت‌انگیز به نظر برسد، اما وقتی چندین مجموعه داده مستقل شروع به اشاره به یک سو می‌کنند، دیگر چندان نامحتمل نیست. تغییرات تکرارشونده در ایزوتوپ‌های هافنیوم زیرکون در چندین کراتون آرکئن، نوسانات در توزیع ایزوتوپ اکسیژن زیرکون، و نقاط اوج سن برخوردهای زمینی و قمری در طول گذرهای پیش‌بینی‌شده از بازوهای مارپیچی، همگی مؤید این ادعا هستند.

زمین اطلاعات بسیار اندکی از دوران طفولیت خود محفوظ نگاه داشته است. فرسایش، بازیافت پوسته و سایر فرآیندهای زمین‌شناختی، بخش اعظم پوسته باستانی را ساییده یا آن را فراتر از تشخیص دگرگون کرده‌اند. اما یک استثنا وجود دارد: کانی فوق‌العاده مقاومی به نام زیرکون. در برخی سازندهای سنگی کهن، بلورهای ریزی از این کانی دوام آورده و سوابق ایزوتوپی محیط شیمیایی زمان تشکیل خود را در خود حمل می‌کنند. زمین‌شناسان با سنجش تغییرات ظریف ایزوتوپ‌های عناصری مانند هافنیوم و اکسیژن در این بلورها می‌توانند چگونگی و زمان تکامل پوسته قاره‌ای در یک ناحیه مشخص را بازسازی کنند.

کرکلند و همکارانش هنگامی کنجکاو شدند که الگوهای ایزوتوپی مشابهی در چندین کراتون کاملاً مجزا (بخش‌های متراکم و کهن قاره‌ها) شروع به پدیدار شدن کرد. او توضیح می‌دهد: نمی‌توان یک اوج سنی زیرکون را جداگانه بررسی کرد و به سادگی آن را به یک برخورد نسبت داد. واژگونی‌های گوشته، توده‌های آتشفشانی، فرورانش و برخوردهای قاره‌ای همگی قادرند تغییرات عمده‌ای در سوابق ایزوتوپی زیرکون ایجاد کنند.

وی ادامه می‌دهد: آنچه این پدیده را متمایز می‌کند، الگوی گسترده‌تر آن است. یک رویداد درونی باید بازتاب‌دهنده سیر تکامل زمین‌شناختی یک منطقه خاص باشد، در حالی که یک محرک بیرونی بالقوه می‌تواند چندین کراتون کاملاً دور از هم را به طور هم‌زمان تحت تأثیر قرار دهد و با شواهد مستقل از افزایش بمباران در زمین و ماه هم‌زمان گردد.

تیم تحقیقاتی سوابق زیرکون ۱۱ کراتون آرکئن را از سراسر جهان گردآوری کرد و به طور خاص اتم‌های هافنیوم و اکسیژن به دام افتاده درون بلورها را هدف گرفت. ایزوتوپ‌های هافنیوم می‌توانند دوره‌های تشکیل پوسته تازه را آشکار کنند و ایزوتوپ‌های اکسیژن سرنخ‌هایی درباره بازسازی پوسته و دخیل بودن مواد دگرگون‌شده سطحی به دست می‌دهند.

سپس محققان این سوابق را با زمان‌بندی پیش‌بینی‌شده گذر از بازوهای مارپیچی و نیز سوابق مستقل برخوردی از زمین و ماه مقایسه کردند. کرکلند می‌گوید: برای این مطالعه، کافی بود شب‌ها به بیرون برویم و به ماه نگاه کنیم. سطح زخم‌خورده آن، تاریخچه واضحی از بمبارانی است که منظومه شمسی متحمل شده. زمین نیز همان محیط برخوردی را تجربه کرده، اما فرسایش، زمین‌ساخت و بازیافت پوسته بسیاری از شواهد فیزیکی را زدوده است.

در مجموع، این سوابق ناهمگون، دوره‌های تکرارشونده‌ای از شکل‌گیری پوسته قاره‌ای و افزایش بمباران فضایی را فاش ساختند که بارها با زمان پیش‌بینی‌شده عبور منظومه شمسی از بازوهای مارپیچی راه شیری انطباق داشت.

محققان تأکید می‌ورزند که یافته‌هایشان یک رابطه علّی میان گذر از بازوهای مارپیچی و تکامل قاره‌ای را اثبات نمی‌کند. کرکلند خاطرنشان کرد که بازسازی مدارهای کهکشانی در میلیاردها سال پیش به غایت پیچیده است و ورود دنباله‌دارها از ابر اورت می‌تواند غیرقابل پیش‌بینی باشد. سایر فرآیندهای زمین‌شناختی نیز ممکن است بر بلورهای زیرکون تأثیر نهاده باشند.

با این همه، همان‌طور که مقاله اخیر کرکلند و همکارانش نشان می‌دهد، بخش عمده انرژی رسیده به زمین اولیه از بمباران‌ها نشأت می‌گرفته، نه از فعالیت‌های زمین‌شناختی درونی؛ یافته‌ای که با این ایده هم‌خوانی دارد که برخوردها می‌توانسته‌اند نقشی کلیدی در شکل‌دهی به سیاره جوان ایفا کرده باشند.

تأیید این مدل احتمالاً مستلزم جستجو در فراسوی زمین خواهد بود تا معلوم شود آیا همان اثر زمانی در سابقه کانی‌شناسی اجرامی چون مریخ و ماه نیز دیده می‌شود یا خیر. کرکلند می‌گوید: اگر تغییر محیط‌های کهکشانی می‌تواند به تشکیل ستارگان کمک کند، شگفت‌انگیز خواهد بود اگر عبور مکرر منظومه شمسی از آن محیط‌ها هیچ تأثیری بر جای نگذارد. اکنون پرسش این است که آیا این تأثیرات به قدر کافی نیرومند بوده‌اند تا ردپای زمین‌شناختی قابل کشفی روی زمین باقی بگذارند؟

این پژوهش در مجله Earth and Planetary Science Letters به چاپ رسیده است.