Kako je Rimska cesta vplivala na razvoj Zemljine skorje

Nazaj

Zemlja je edinstven planet v Osončju, saj na njej najdemo celine, ki jih obdajajo globoki oceani. Obstoj obojih je med drugim posledica dejstva, da je zunanja plast našega planeta, torej skorja, trdna. V splošnem sprejete znanstvene razlage govorijo o nastanku ter nenehnem obnavljanju Zemljine skorje, ki je posledica procesov v notranjosti našega planeta. Toda nedavno odkritje znanstvenikov avstralske univerze Curtin pod vodstvom profesorja Chrisa Kirklanda, je te teorije vsaj delno postavilo pod vprašaj. Ta skupina znanstvenikov je nedavno predstavila tezo, da je zgodaj v Zemljinem obstoju njeno skorjo pomagala izoblikovati kar naša Galaksija oziroma Rimska cesta.

Kako so Kirkland in sodelavcem prišli na tako radikalno idejo? Kakšne dokaze imajo zanjo? In kako naj bi se ravno naša Galaksija vmešala v nastanek Zemljine skorje?

Da bi razumeli kako naj bi Galaksija prispevala k tvorbi Zemljine skorje, moramo razumeti procese, ki vodijo k njenemu nastanku, minerale, v katerih se skrivajo dokazi za vlogo Galaksije ter samo strukturo Rimske ceste.

Zemljina skorja je zunanja lupina našega planeta. V splošnem ločimo oceansko skorjo, ki je z 5 do 10 kilometri mnogo tanjša od celinske skorje, katere debelina znaša med 30 in 50 kilometrov. Obe vrsti skorje sta manj gosti od spodaj ležečega plašča na katerem lebdita. Gostota celinske skorje je manjša od oceanske, kar ima za posledico tvorbo celin, ki jih obdajajo globoki oceanski bazeni.

Formacija Zemljine skorje je tesno povezan z nastankom Zemlje pred 4,6 milijardami let. Naš planet je nastal z akrecijo planetezimalov, majhnih kamnitih teles z velikostmi do nekaj kilometrov. Pri padcih planetezimalov se je sproščalo ogromno energije, zaradi česar je na novo rojena Zemlja bila zelo vroča ter posledično popolnoma staljena. Ko so padci planetezimalov ponehali, se je Zemlja ohladila, pri tem pa je nastala njena prva, primordialna skorja. Poznejši občasni padci asteroidov so primordialno skorjo še večkrat stalili, pri čemer so nastajali oceani magme. Hkrati sta jo skozi milijone let uničevali tudi erozija in tektonika plošč, zaradi česar od primarne skorje danes ni ostalo nič.

Od takrat sta na Zemlji nastali še sekundarna ali oceanska in terciarna oziroma celinska skorja. Oceanska skorja se nepretrgoma tvori globoko na dnu oceanov, kjer iz Zemljine notranjosti na površje priteka magma. Ta tvori podvodne gorske sisteme oziroma hrbte, pri tem pa pride do razdvajanja tektonskih plošč. Po drugi strani prihaja do uničenja oceanske skorje v tako imenovanih jarkih, kjer tektonske plošče ponikajo v globine. Zaradi procesov tvorbe in uničenja oceanske skorje, je ta stara kvečjemu 200 milijonov let. Ti tektonski procesi naj bi na Zemlji začeli delovati pred nekako tremi milijardami let.

Celinska skorja je mnogo starejša od oceanske, saj je njena povprečna starost okoli dve milijardi let, pri čemer so določeni predeli celin še veliko starejši. Večina kamnin celinske skorje s starostjo med 2,5 in 4 milijardami let se nahaja v tako imenovanih kratonih. To centralni deli celin, ki so se skozi miljarde let uspeli izogniti tektonskim procesom.

In ravno iz kratonov prihajajo dokazi za noro zamisel Kirklanda in sodelavcev. Konkretno, ta skupina znanstvenikov je analizirala zrna minerala cirkona, ki so jih pridobili v dveh kratonih – severnoameriškem, ki obsega osrednji in vzhodni del ZDA in Kanade, ter v kratonu pilbara, na zahodu Avstralije. Cirkon je mineral, katerega molekule sestavljajo cirkonij (Zr), silicij (Si) ter kisik (O), vsebuje pa tudi tako imenovane nekompaktne elemente, kot so hafnij (Hf), uran (U), lutecij (Lu) ter torij (Th). Prav lutecij in hafnij pa sta elementa, ki sta igrala ključno vlogo pri raziskavi avstralskih znanstvenikov.

Risba Rimske ceste s spiralnimi rokavi. Simboli predstavljajo dogodke, ko so na Zemljo intenzivno padali meteoriti. Ti se ;asovno ujemajo s periodami, ko je Osončje potovalo skozi spiralne rokave Galaksije. Vir: Kirkland et al., (2022)

Zgodba pa je sledeča. Tako lutecij kot hafinj spadata med litofilne elemente, torej med tiste, ki se raje zadržujejo v kamninah, kot v kovinah. Ko se je kmalu po nastanku Zemlje v njej začel proces diferenciacije, je večina težkih elementov, kot je železo, potonila proti sredici našega planeta, medtem ko so lažji elementi, ki jih najdemo v kamninah, ostali v vrhnjih plasteh. S tem pa je ista usoda doletela lutecij in hafnij. Še ena njuna pomembna lastnost pa je, da spadata med takom imenovane nekompatibilne elemente. To pomeni, da zelo težko postaneta del strukture mineralov, ki se tvorijo v obliki kristalov, na primer med ohlajanjem magme. Tako se lutecij in hafnij zadržujeta v tekoči magmi, dokler je je še kaj. Pri vsem tem pa je hafnij nekoliko bolj nekompatibilen od lutecija.

Relativna vsebnost lutecija napram hafniju v kamninah se lahko spremeni. Vzrokov za to je več, eden izmed njih pa je taljenje skorje zaradi padcev meteoritov. Ko se je v preteklosti Zemljina skorja stalila, je nastala nastane magma, v njej pa se je zaradi višje nekompatibilnosti povečala koncentracija hafnija napram luteciju. Tako so Kirkland in sodelavci z analizo vsebnosti hafnija v kristalih cirkona v severnoameriškem ter avstralskem kratonu ugotovili, da so se kamnine v teh, najstarejša območjih Zemljine skorje, ki so nastala v obdobju pred 2,8 in 3,8 milijardami let, takrat peridično talile nekako vsakih 200 milijonov let. In ker za te pojave očitno niso krivi tektonski procesi iz globin našega planeta, so avstralski znanstveniki svoje oči obrnili proti nebu.

Kirklandova ekipa se je podala na lov za periodami z dolžino okoli 200 milijonov let in našla jih je v naši Galaksiji. Najbolj očitna je obhodna doba Sonca okoli središča Galaksije, ki traja 230 milijonov let. Vendar sam obhod Sonca še ni dovolj, da bi pojasnili odkritje avstralskih raziskovalcev. Pravi odgovor se skriva v strukturi Rimske ceste.

Naša Galaksija je ogromen disk, ki vsebuje nekako 100 milijard zvezd. Njegov premer meri približno 100.000 svetlobnih let, medtem ko je debelina tega diska desetkrat manjša. Rimska cesta spada med tako imenovane spiralne galaksije s prečko. Spiralni rokavi so območja v galaksijah z povišano gostoto zvezd ter medzvezdnih plinskih oblakov. Čeprav še ni dosežen dokončen konsenz o tem kakšna natančno je struktura Rimske ceste, pa se znanstveniki strinjajo, da se iz središča Galaksije poti njenemu robu raztezajo štirje spiralni rokavi. Vsak od njih ima svoje ime, ki ga je dobil glede na ozvezdja, v katerih se navidezno nahaja. Tako imamo Perzejev, Kotometrov, Ščit-Kentavrov ter Gredelj-Strelčev rokav. Mi se nahajamo v Orion-Labodovem rokavu, ki je del Gredelj-Strelčevega rokava. Ti rokavi potujejo od središča Galaksije navzven, hkrati pa krožijo okoli njega s hitrostmi okoli 210 km/s. To pa je 30 km/s manj od hitrosti, s katero Sonce kroži okoli središča Rimske ceste. In tako pridemo do že omenjene periode 200 milijonov let. Namreč, Sonce na svoji poti prehiteva spiralne rokave. 170 do 200 milijonov let so v povprečju dolga obdobja med tem, ko Sonce zapusti en spiralni rokav in dohiti naslednjega.

In kakšno zvezo ima to z zemeljsko skorjo? Razloga sta dva. Prvi je v tem, da okoli Sonca poleg osmih planetov kroži še ogromna množica asteroidov, kometov, planetezimalov in pritlikavih planetov. Asteroidi se večinoma nahajajo v asteroidnem pasu med Marsovo in Jupitrovo orbito. Za Neptunovo orbito, pa vse do razdalje 50 astronomikih enot se razteza Kuiperjev pas, kjer domujejo pritlikavi planeti ter majhna telesa, ki jih večinoma sestavljajo zamrznjeni metan, amonijak in voda. Če pa se od Sonca oddaljimo na vsaj 2000 pa vse do 200.000 astronomskih enot (0,03 – 3,2 svetlobnih let), se bomo znašli v Oortovem oblaku. Tam domujejo telesa, ki jih sestavljajo led iz vode, metana, etana, ogljikovega monoksida in vodikovega cianida. Včasih nekatera izmed njih zaidejo v bližino Sonca, kjer njihove sestavine zaradi Sončevega sevanja začnejo izparevati. Pri tem se okoli telesa tvori ogromen oblak izparin, ki odbija Sončevo svetlobo, čemur potem opazovalci na Zemlji rečemo kometi.

Kirklandova ekipa je v svojem znanstvenem članku predstavila tezo, da bi ogromni oblaki medzvezdnega plina ali zvezde, ki bi se Soncu močno približale, lahko zmotili telesa v Oortovem oblaku, ki bi nato začela potovati v smeri proti Soncu, pri čemer pa bi določen delež teh teles padel na Zemljo. Ker je gostota zvezd ter plina v spiralnih rokavih višja kot drugod v Galaksiji, naj bi se vsakič, ko je Osončje vstopalo v en tak spiralni rokav, ali ko ga je zapuščalo, močno povečalo število teles iz Oortovega oblaka, ki so padla na Zemljo. Ker se Oortov oblak nahaja zelo daleč od Sonca, so imela ta telesa velike hitrosti glede na Zemljo, zato se je ob njihovem padcu sproščalo ogromno energije, zaradi česar je prihajalo do delega taljenja Zemljine skorje. Kirkland in sodelavci so pokazali, da se geološke starosti kristalov cirkona s povišano vsebostjo hafnija napram luteciju v obeh kratonih ujemajo z obdobji, ko je Sonce potovalo skozi spiralne rokave Rimske ceste.

Dokazi, ki temeljijo na vsebnosti hafnija pa sovpadajo še z drugimi, neodvisno pridobljenimi dokazi o padcih meteoritov v daljni preteklosti. Gre za tako imenovana nahajališča sferul v Avstraliji in Južni Afriki. To so kamnine, ki vsebujejo nešteto majhnih kroglastih struktur imenovanih sferule, ki nastanejo izključno ob padcih meteoritov. Starosti teh nahajališč tudi sovpadajo z obdobji, ko je Osončje potovalo skozi spiralne rokave naše Galaksije.

Raziskava Kirklandove ekipe tako predstavlja nov, revolucionarni pogled na evolucijo našega planeta.

Blog at WordPress.com.

Navzgor ↑

%d bloggers like this: