Учёные предположили что спиральные рукава Млечного Пути могли повлиять на формирование материков Земли

Формирование материков Земли могло зависеть не только от процессов, происходивших внутри нашей планеты. Согласно новому исследованию, рост континентальной коры мог быть связан с тем, как Солнечная система на протяжении миллиардов лет перемещалась через спиральные рукава Млечного Пути.

В начале существования Солнечной системы молодая Земля представляла собой относительно мягкий шар частично расплавленной горной породы. Однако в течение сотен миллионов лет отдельные участки этой раскалённой массы начали уплотняться и превращаться в первые материки — основу всех современных ландшафтов планеты.

Большинство учёных считает, что ответ на вопрос о происхождении континентов следует искать исключительно в геологии самой Земли. Однако команда под руководством геолога Криса Киркланда из Университета Кёртина в Австралии предположила, что на этот процесс мог повлиять гораздо более масштабный фактор — длительное путешествие Солнечной системы через спиральные рукава нашей галактики.

Исследователи считают, что возможные следы этой связи сохранились в древнейших минералах Земли — крошечных кристаллах циркона, образовавшихся миллиарды лет назад.

«Возможно, геология слишком жёстко ограничила границы системы Земли. Настоящий вопрос заключается не в том, связана ли Земля с окружающей галактикой, а в том, оставили ли эти связи геологический сигнал, достаточно сильный для обнаружения», — рассказал Киркланд.

Солнечная система регулярно проходит через спиральные рукава галактики

История Земли разворачивалась не в полной изоляции. Солнечная система обращается вокруг центра Млечного Пути примерно за 250 миллионов лет и при этом регулярно пересекает спиральные рукава галактики, которые движутся медленнее самой Солнечной системы.

Такие пересечения происходят примерно раз в 150–200 миллионов лет. Спиральные рукава представляют собой более плотные области галактики, где концентрируются газ и пыль и активно рождаются новые звёзды.

По мнению исследователей, прохождение через эти структуры могло оказывать влияние на Солнечную систему. Вокруг Солнца находится облако Оорта — гигантская сферическая область, заполненная ледяными объектами и простирающаяся на расстояния, во много тысяч раз превышающие расстояние от Солнца до Плутона.

Считается, что многие долгопериодические кометы происходят именно из облака Оорта. Когда Солнечная система проходит через спиральные рукава Млечного Пути, гравитационные взаимодействия могут нарушать орбиты объектов облака Оорта и направлять их во внутреннюю часть Солнечной системы, превращая их в кометы.

Исследователи предположили, что столкновения таких объектов с молодой Землёй могли способствовать формированию первых стабильных фрагментов континентальной коры — своеобразных «зёрен», из которых впоследствии выросли современные материки.

«Это может показаться необычным, но не выглядит особенно неправдоподобным, если независимые записи начинают совпадать», — отметил Киркланд.

По его словам, исследователи стали рассматривать эту гипотезу всерьёз после того, как независимые наборы данных начали указывать на одно и то же направление. Среди них были повторяющиеся изменения изотопов гафния в цирконах из нескольких архейских кратонов, изменения распределения изотопов кислорода в цирконах, а также пики возрастов ударных событий на Земле и Луне, совпадающие с предполагаемыми периодами прохождения Солнечной системы через спиральные рукава.

Древние цирконы сохранили следы формирования континентов

Земля сохранила очень мало информации о первых этапах своей истории. Эрозия, переработка земной коры и другие геологические процессы уничтожили или сильно изменили большую часть древнейших пород.

Однако одним из исключений стал чрезвычайно прочный минерал циркон. В некоторых древних горных породах сохранились крошечные кристаллы циркона, внутри которых находятся изотопные записи химической среды, существовавшей в момент их формирования.

Измеряя небольшие изменения в изотопах таких элементов, как гафний и кислород, геологи могут восстанавливать историю формирования и изменения континентальной коры в определённых регионах.

Киркланд и его коллеги обратили внимание на то, что похожие изотопные закономерности начали проявляться в нескольких широко разделённых друг от друга кратонах. Кратоны представляют собой плотные древние участки земной коры, которые формируют своеобразный фундамент современных континентов.

Учёные подчёркивают, что отдельный пик возраста цирконов нельзя автоматически считать следствием падения астероида или кометы. Значительные изменения изотопных записей могут быть вызваны и внутренними процессами Земли, включая перевороты мантии, мантийные плюмы, субдукцию и столкновения континентальных плит.

Поэтому ключевое значение имеет не отдельное событие, а общая картина. Внутренний геологический процесс должен отражать эволюцию конкретного региона, тогда как внешний фактор потенциально способен одновременно воздействовать на несколько широко разнесённых кратонов и совпадать с независимыми свидетельствами усиления бомбардировки как Земли, так и Луны.

Команда собрала данные о цирконах из 11 архейских кратонов по всему миру и сосредоточилась на изотопах гафния и кислорода, сохранившихся внутри этих кристаллов. Изотопы гафния могут указывать на периоды формирования новой земной коры, тогда как изотопы кислорода сохраняют сведения о переработке коры и участии материала, изменённого на поверхности Земли.

Затем исследователи сопоставили эти данные с предполагаемыми периодами прохождения Солнечной системы через спиральные рукава Млечного Пути, а также с независимо определёнными датами ударных событий на Земле и Луне.

«Для этого исследования достаточно выйти ночью на улицу и посмотреть на Луну. Её покрытая кратерами поверхность является наглядной записью бомбардировки, которую пережила внутренняя часть Солнечной системы. Земля находилась в той же среде столкновений, но эрозия, тектоника и переработка земной коры стёрли значительную часть физических свидетельств», — объяснил Киркланд.

Учёные нашли совпадение между бомбардировками и движением Солнечной системы

В совокупности различные наборы данных выявили повторяющиеся периоды формирования континентальной коры и усиления бомбардировки, которые неоднократно совпадали с расчётным временем прохождения Солнечной системы через спиральные рукава Млечного Пути.

При этом исследователи подчёркивают, что полученные результаты не доказывают существование прямой связи между пересечением спиральных рукавов и эволюцией континентов.

Восстановить орбиту Солнечной системы в Млечном Пути на протяжении миллиардов лет чрезвычайно сложно. Кроме того, движение комет из облака Оорта может быть непредсказуемым, а на состав и структуру древних цирконов могли влиять и другие геологические процессы.

Тем не менее более раннее исследование, одним из соавторов которого был Киркланд, показало, что большая часть энергии, поступавшей на раннюю Землю, могла быть связана с бомбардировкой, а не с внутренней геологической активностью. Этот результат согласуется с гипотезой о том, что столкновения могли сыграть важную роль в формировании молодой планеты.

Для проверки предложенной модели учёным, вероятно, потребуется выйти за пределы Земли и выяснить, присутствует ли такой же временной сигнал в минералах других небесных тел, например Марса и Луны.

«Если изменения галактической среды способны стимулировать звездообразование, было бы удивительно, если бы повторяющееся прохождение Солнечной системы через эти среды вообще никак на неё не повлияло. Научный вопрос заключается в том, были ли эти эффекты достаточно сильными, чтобы оставить обнаруживаемую геологическую запись на Земле», — заключил Киркланд.

Исследование опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.