一个约2亿年的神秘节奏
一个约2亿年的神秘节奏Original Kirkland
原理 2022-08-27 05:31
Posted on 浙江
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人们常说，一沙一世界，这句话似乎很好地描述了地质学家的工作。地质学家通过观察那些微小矿粒的构成，推断它们经历过的化学过程，从而思考地球这颗星球本身的构造。
现在，地质学家已经将这种微小带到了新的高度。在一项新研究中，研究人员将这些微小的颗粒与地球在银河系环境中的位置联系了起来。
望向宇宙
与地质学家有所不同的是，天体物理学家会在更大的尺度上，试图来理解宇宙以及我们在其中的位置。他们根据观测数据和物理学定律来创建模型，描述宇宙中天体的运行轨道。
尽管看起来，地球表面似乎完全是由地球的一些自身过程塑造的，但实际上，地球也会受到宇宙环境的影响。这包括地球轨道的周期性变化，太阳输出的变化，伽马射线暴的发生，以及陨石的撞击。这一点，我们只需看看月球和它遍布疮痍的表面就能想到。而质量是月球80多倍的地球，显然也曾经历过不少这样的撞击。
已经有研究指出，陨石撞击对地球大陆地壳的形成过程中起到了至关重要的作用。是这些巨大的撞击，帮助产生了具有强大浮力的花岗岩，导致了漂浮大陆的最初形成。（详见《轰！是什么浮出了水面》）
现在，在一项发表于《地质学》杂志的新研究中，一个国际研究团队确定了早期大陆地壳形成的节奏，并发现这种节奏揭示了一个非常重要的驱动机制。
地球地壳形成的节奏
地球上许多岩石都是由熔融或半熔融的岩浆形成的。这些岩浆要么直接来自地幔（在地壳下主要是固体但缓慢流动的一层），要么来自被重新加热的更古老的地壳。当液态岩浆冷却时，它最终会结成坚硬的岩石。
通过岩浆结晶的这种冷却过程，随之生长的矿粒能捕获铀等放射性元素。这些元素会随着时间的推移而衰变，它们可以表现得像钟表一样，记录着矿粒的年龄。不仅如此，这些矿粒晶体还可以捕获其他一些可用于追踪其原本岩浆成分的元素，就像可以用姓氏来追踪一个人的家族一样。
有了年龄和成分这两条信息，研究人员就可以建立一条地壳形成的时间线。接着，通过使用数学里的傅里叶变换，他们可以解码这条时间线的主要频率。
利用这些方法，研究人员得到的结果表明，在早期地球上，地壳形成有着一个大约2亿年的节奏。
我们在宇宙中的位置
正是从这一节奏，研究人员发现了端倪。
无论是我们的太阳系，还是银河系的四个旋臂，都在围绕银河系中心的超大质量黑洞旋转，只不过它们的速度略有不同。
旋臂以每秒210千米的速度运行，而太阳以每秒240千米的速度运行，这意味着太阳系会穿梭于星系的旋臂之间。我们可以将旋臂想象成“稠密”的会减缓恒星的通过速度的区域，就像堵塞的交通一样，只有在道路的更远端或通过了旋臂，交通才会畅通。
模型得出的结果是，太阳系每一次进入银河系的旋臂的间隔，大约为2亿年的时间。如此看来，地球地壳形成的时间和绕星系旋臂旋转的时间之间，似乎存在某种联系。一个自然的问题便是，这种联系从何而来？
从“云”端袭来
在太阳系的远端，有一片被称为奥尔特云的冰冷岩石碎片云围绕着太阳运行。
当太阳系周期性地移动到一个旋臂时，它和奥尔特云之间的相互作用被认为会移动云中的物质，使其更靠近内太阳系。其中一些物质甚至可能与地球相撞。
地球会相对频繁地受到小行星带岩石的撞击，它们的平均速度为每秒15千米；但奥尔特云喷射出的彗星在抵达时的速度要快得多，平均每秒52千米。
研究人员认为，通过保存在微小矿粒中的地壳形成记录，可以追踪这些周期性的高能撞击。
彗星撞击到地球会导致地幔的减压熔融，而这些富含如硅、铝、钠、钾等轻元素的熔融岩石，就会在密度较大的地幔上漂浮。虽然产生大陆地壳的方式可能有很多，但这些发生在地球早期的巨大撞击事件能有效地形成有着强浮力的地壳“种子”。由后来的地质作用所产生的岩浆会附着在这些早期的种子上。
是厄运，还是陆地生命的希望？
大陆地壳在地球的大多数自然循环中都至关重要——它与水和氧相互作用，形成新的风化产物，承载了众多的金属和生物碳。巨大的陨石撞击是可以毁灭生命的灾难性事件，但也可能是我们所居住的这片大陆地壳得以发展的关键。近年来，有研究甚至推测，这些穿梭在太阳系的星际小行星，有可能在宇宙中输送着生命。
然而，无论我们是如何来到这里的，我们都会感叹于，在每一个晴朗的夜晚当我们仰望星空时所看到的星星与它们所描绘的结构，和我们低头感受到的脚下的矿粒、岩石和大陆地壳，都通过一种非常宏大的节奏联系在一起的。
#创作团队：
原文作者：Chris Kirkland（科廷大学地质学教授）Phil Sutton（林肯大学天体物理学高级讲师）编译：不二北斗排版：雯雯
#参考来源：
https://theconversation.com/scientists-have-traced-earths-path-through-the-galaxy-via-tiny-crystals-found-in-the-crust-188158#图片来源：
封面图&首图：Gam-Ol / Pixabay
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