Как старейшая известная в мире структура удара метеорита изменила химический состав земной коры

Фото из открытых источников
Удары метеоритов могут быть катастрофическими событиями в истории планеты, плавлением горных пород, изменением химического состава атмосферы и сеянием общего хаоса. Тем не менее, удары могли также создать континенты Земли, поддержать экологические ниши, которые положили начало жизни, и даже разработать металлические руды.
 
В новом исследовании, опубликованном в Earth and Planetary Science Letters, было изучено то, что осталось от старейшего известного в мире ударного кратера возрастом 2,29 миллиарда лет назад в Яррабуббе в Западной Австралии.
 
Были найдены доказательства того, что горячая вода циркулировала в трещинах в скале после удара, возможно, из-за того, что удар растопил часть льда, который в то время покрывал большую часть планеты. Горячая вода в трещиноватых породах, возможно, обеспечила нишу для ранних форм жизни, и ее присутствие также имеет значение для нашего понимания того, как формируются залежи металлической руды в земной коре.
 
Столкновения метеоритов происходят с периодом в 200 миллионов лет на протяжении всей истории Земли. По всей планете задокументировано около 200 крупных мест ударов. Самый старый из них находится в Яррабуббе в Западной Австралии.
 
Более двух миллиардов лет назад космический камень врезался в континентальную кору в Яррабуббе. Эта древняя кора образовалась примерно за 2,65 миллиарда лет до настоящего времени и сильно изменилась в результате удара.
 
В результате образовался кратер диаметром около 70 км, который в настоящее время разрушен до состояния простого прыща. Удар от удара был настолько сильным, что даже расплавил части окружающей коры, состоящей из гранита — распространенного типа камня, который можно увидеть на причудливых кухонных столешницах.
 
В новом исследовании ученые изучили, как это воздействие повлияло на химический состав земной коры. Химические эффекты падения метеоритов не часто исследуются, но они могут быть важны для понимания всего спектра последствий для окружающей среды.
 
Геологи криминалистически изучают минералы, застрявшие в горных породах, чтобы выяснить, что происходит внутри Земли, во многом так же, как следователи на месте преступления изучают материалы на месте происшествия, чтобы определить их происхождение.
 
Одним из видов подсказок, которым особенно интересуются геологи, являются изотопы. Это разные формы того или иного элемента.
 
Все изотопы элемента ведут себя одинаково в химических реакциях, но содержат разное количество нейтронов внутри атома. Это делает некоторые изотопы нестабильными: со временем они радиоактивно распадаются на разные элементы.
 
Можно использовать этот радиоактивный распад. Например, можно определить возраст кратера Яррабубба и окружающих его пород, измерив соотношение изотопов урана и свинца, которое действует как секундомер, отсчитывающий время с момента образования минерала.
 
Это говорит о возрасте, потому что уран со временем распадается на свинец, и о скорости, с которой происходит этот распад. Таким образом, измерение изотопов обоих элементов в образце показывает нам, насколько сильно произошел распад, что позволяет нам рассчитать возраст минерала.
 
Другой способ использования изотопов — в определенных минералах, где эти отношения остаются фиксированными с течением времени и не меняются. Затем изотопные подписи становятся мощным инструментом для отслеживания того, откуда взялся материал.
 
Ученые проанализировали изотопный состав свинца в зернах минералов из коры, окружающей кратер в Яррабуббе. Были рассмотрены кристаллы полевого шпата, как правило, розовые зерна в нашем примере с гранитной столешницей, поскольку они естественным образом содержат свинец, но не содержат уран. Это важно, поскольку изотопы свинца, содержащиеся в этом минерале, отражают состав жидкости, из которой первоначально вырос минерал.
 
Был обнаружен широкий спектр изотопных составов свинца, а также новые урансодержащие минералы, которые росли в трещинах зерен во время удара, запуская новые секундомеры.
 
Единственное правдоподобное объяснение этих модификаций изотопных сигнатур состоит в том, что в результате удара должны были образоваться сети циркулирующей горячей воды, которые проникли в зоны повреждения по всей породе. В случае Яррабуббы вода вполне могла появиться в результате удара метеорита о ледяной щит, поскольку лед покрывал большую часть мира 2,29 миллиарда лет назад.
 
Данные о циркуляции нагретой воды в результате удара важна с двух очень разных точек зрения.
 
Во-первых, системы с горячими жидкостями могли способствовать ранней жизни. Столкновения были намного сильнее и чаще на ранней Земле, и в некотором смысле эти жестокие и разрушительные события стояли бы на пути развития сложной жизни.
 
Тем не менее, исследователи продемонстрировали, что микробные сообщества могут расцвести там, где тепло, вода и питательные вещества встречаются с измельченной породой: именно такие условия могут возникнуть при воздействии. Некоторые даже предположили, что столкновения являются фундаментальной частью планетарной эволюции и необходимы для создания пригодной для жизни планеты.
 
Во-вторых, наблюдение за тем, как горячая вода, возникающая в результате удара, может переносить металлы, может помочь нам понять, как образуются залежи руды. Некоторыми из первых источников металла для первых людей были метеориты, от которых они откалывали куски металла для инструментов и украшений.
 
Тем не менее, места ударов могут содержать большие концентрации металлов, чем только от самого метеорита, который часто испаряется. Залежи руды обычно образуются при наличии геологической структуры, например, трещины в горной породе, в которую металлы могут перемещаться флюидами.
 
Удары явно разрушают кору, но они также обеспечивают циркуляцию горячей воды. Если в целевых породах с самого начала присутствует металл, эта горячая вода может переносить и концентрировать эти металлы в более богатом месторождении.