Nội dung bài viết
Sức nóng của Hadean có thể đến từ các tác động cũng như từ bên trong. Trái đất là hành tinh duy nhất mà chúng ta biết có lục địa nổi và giàu silic.
Tuy nhiên, bất chấp nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà địa chất vẫn không thống nhất được chúng hình thành như thế nào. Tim Johnson, nhà địa chất tại Đại học Curtin ở Perth, Australia, cho biết: “Các lục địa bắt đầu xuất hiện khoảng bốn tỷ năm trước.
Đó là loại đá lục địa lâu đời nhất mà chúng ta biết đến”. “Trái đất đã bốn tỷ rưỡi năm tuổi, vậy tại sao chúng bắt đầu xuất hiện vào thời điểm đó vẫn chưa được biết, cũng như cơ chế hình thành nên lớp vỏ lục địa đó”.
Johnson và các đồng nghiệp của ông hiện đang lập luận rằng sự hình thành các lục địa trên Trái đất phần lớn là do một loạt các tác động mạnh và kéo dài của tiểu hành tinh khiến lớp vỏ ban đầu đủ nóng và mỏng để có thể tạo ra các lục địa nổi.
Nói tóm lại, những vùng đất chúng ta đang sống tồn tại ở đây là do sự bắn phá từ xa xưa từ không gian. Vấn đề khi nghiên cứu sự hình thành các lục địa là bằng chứng địa chất của quá trình này gần như không còn nữa.
Những loại đá kiểu lục địa lâu đời nhất được biết đến đã kết tinh khoảng 4,03 tỷ năm trước, ngay vào cuối thời đại Hadean (kỷ nguyên sớm nhất trong lịch sử Trái đất, kéo dài 500 triệu năm đầu tiên). theo số năm tồn tại của nó).
Đá bazan quý hiếm có niên đại khoảng 4,2 tỷ năm và một số tinh thể zircon lâu đời nhất đã đẩy kỷ lục trở lại 4,4 tỷ năm. Ngoài ra, hầu như không có gì khác.
Vì vậy, các nhà khoa học tìm hiểu nguồn gốc của các lục địa phải dựa phần lớn vào những phỏng đoán có căn cứ. Johnson nói: “Có những cuộc tranh luận lớn về những gì đang diễn ra ở Trái đất sơ khai, bởi vì dữ liệu quá khan hiếm”.
Một ý tưởng chủ đạo cho rằng kiến tạo mảng, giống như kiến tạo ngày nay, đã diễn ra ở Hadean, với lớp vỏ lục địa hình thành phía trên các đới hút chìm – những khu vực nơi các mảng kiến tạo va chạm nhau.
Những tuyên bố khác cho rằng Trái đất sơ khai quá nóng đối với các mảng cứng và lớp vỏ đó thay vào đó hình thành phía trên các lớp phủ bốc lên từ sâu bên trong hành tinh, một hiện tượng có thể so sánh với các đốm sáp bốc lên bên trong đèn dung nham.
Tuy nhiên, vấn đề với cả hai ý tưởng này là Trái đất, dựa trên hầu hết các mô hình, có vẻ quá lạnh để tất cả những điều này xảy ra. Johnson nói: “Mọi người đã cố gắng tìm hiểu lượng nhiệt của Trái đất theo thời gian và không ai có thể làm cho nó phù hợp”.
“Không ai có thể làm cho nó phù hợp vì chúng tôi không tính đến năng lượng đến từ bên ngoài Trái đất.” Năng lượng này, ông lập luận, ca tôi khỏi các tác động của tiểu hành tinh và thiên thạch thường xuyên hơn nhiều khi hệ mặt trời còn non trẻ.
Tuy nhiên, việc bổ sung những tác động này vào nguồn nhiệt của Trái đất sơ khai tỏ ra khá khó khăn vì Trái đất có một cách đặc biệt để chữa lành những vết sẹo.
Lý do chúng ta không thực sự biết điều gì đã xảy ra trên Trái đất bốn tỷ năm trước là do hoạt động kiến tạo mảng tái chế bề mặt hành tinh trở lại lớp phủ một cách hiệu quả. Johnson nói: “Một nơi mà chúng tôi biết chuyện gì đang xảy ra lúc đó là Mặt trăng.
"Chúng tôi đã cử người đến đó. Chúng tôi đã thu thập mẫu từ đó.
Chúng tôi có lượng lớn dữ liệu chất lượng cao từ Mặt trăng." Vì Mặt Trăng không có kiến tạo mảng nên lớp vỏ của nó là một lớp vỏ đơn, rắn, liên tục. Và lớp vỏ này, nhóm của Johnson lưu ý, có rất nhiều hố va chạm.
Được hiệu chỉnh dựa trên các mẫu mặt trăng có niên đại, số lượng miệng núi lửa trên Mặt trăng cho phép nhóm của Johnson ước tính tần suất các vật thể lớn va vào thiên thể láng giềng gần nhất của chúng ta ngay sau khi Trái đất hình thành.
“Việc mở rộng dòng thông lượng đó lên đến kích thước lớn hơn và lực hấp dẫn mạnh hơn của Trái đất cho thấy rõ ràng hành tinh này đã phải hứng chịu hàng nghìn vật thể va chạm có đường kính lớn hơn 10 km,” Johnson nói.
Khi nhóm của ông xác định tần suất va chạm có thể xảy ra nhất và kích thước của các vật thể va chạm, họ có thể tính toán lượng năng lượng mà vụ bắn phá khổng lồ này truyền tới Trái đất và do đó, nó tạo ra bao nhiêu nhiệt.
Hầu hết các mô hình trước đây về lượng nhiệt của Trái đất sơ khai đều tập trung vào các nguồn bên trong như nhiệt còn sót lại từ quá trình bồi tụ và hình thành lõi cộng với sự phân rã đang diễn ra của các đồng vị phóng xạ – chúng tôi cho rằng những nguồn này hoàn toàn chiếm ưu thế.
Mô hình bắn phá không gian của Johnson cho thấy điều đó không đúng. Nhóm nghiên cứu tập trung vào mô hình hóa động năng của mỗi va chạm cuối cùng sẽ chuyển thành nhiệt như thế nào.
Johnson cho biết, vật lý học rất đơn giản ngay cả khi các chi tiết phức tạp. Ông giải thích: “Nó thực sự đơn giản như việc chuyển đổi kích thước và vận tốc của vật va chạm thành năng lượng”.
Khi một vật thể lớn va vào, một phần năng lượng va chạm sẽ biến thành đá bốc hơi hoặc tan chảy ngay tại vị trí va chạm. Tuy nhiên, đặc biệt khi vật va chạm lớn, phần lớn nó truyền vào lớp phủ bên dưới.
Johnson nói: “Về cơ bản, năng lượng này làm nóng toàn bộ lớp phủ phía trên.
Lượng nhiệt này làm cho núi lửa bazan tan chảy nhiều hơn và nhiều hơn, một quá trình diễn ra không chỉ trong khoảng thời gian tính từ phút đến giờ của c sự xung đột, nhưng trong hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm triệu năm sau đó.
Khi Johnson và các đồng nghiệp của ông cộng lại những đóng góp này, sức nóng do va chạm đã vượt quá nhiệt phóng xạ và nhiệt lõi đối với hầu hết Hadean khoảng một bậc độ lớn.
Việc cung cấp lượng nhiệt đã được làm lại này vào các mô phỏng địa động lực đã khiến nhóm nghiên cứu đi đến kết luận rằng lớp vỏ Trái đất ở Hadean rất mỏng và phần lớn bị nóng chảy bên dưới.
Các mô hình cho thấy nó dày chưa đến 5 km, với sự tan chảy một phần trên diện rộng bắt đầu chỉ từ 2 đến 3 km dưới bề mặt. Ở độ sâu khoảng 5 km, tỷ lệ tan chảy vượt quá 30% tính theo thể tích – vượt xa mức mà đá có thể liên kết với nhau như một tấm kết dính.
Điểm mấu chốt là kiến tạo mảng không thể hoạt động trong những điều kiện như vậy. Johnson nói: “Sự hút chìm và kiến tạo mảng đòi hỏi thạch quyển của bạn phải cứng và nó có thể chen lấn và hút chìm”.
“Điều đó là không thể nếu tính toán của chúng tôi gần đạt được mục tiêu.” Các mô phỏng ghi lại các tác động cục bộ của các tác động lớn riêng lẻ cũng tạo ra sự tái chế bán buôn lớp vỏ trở lại lớp phủ, với vật liệu nhỏ giọt xuống độ sâu ít nhất 600 km.
Johnson nghĩ rằng Việc tái chế giải thích tại sao rất ít lớp vỏ Hadean còn tồn tại cho đến ngày nay. Ông lập luận rằng nó cũng giải thích sự vắng mặt gần như hoàn toàn của các zircon Hadean bị biến dạng do sốc trong hồ sơ địa chất.
Các nhà nghiên cứu cho rằng với lượng tan chảy quá lớn ở độ sâu nông, nó sẽ hấp thụ và phân tán sóng xung kích trước khi chúng để lại sự biến dạng lâu dài trong các tinh thể còn sót lại. Dòng tác động không ở mức cao mãi mãi; nó giảm ít nhiều theo cấp số nhân.
Từ 3,9 đến 3,5 tỷ năm trước, nó đã giảm xuống đủ để các nguồn nhiệt bên trong chiếm ưu thế ảnh hưởng lên lớp vỏ. Khi sức nóng do va chạm giảm dần, lớp phủ phía trên nguội đi và lớp vỏ bazan mỏng một thời dày lên.
Mô hình của nhóm nghiên cứu cho thấy độ dày lớp vỏ đạt khoảng 30 km vào thời kỳ đầu của Archean, thời đại diễn ra sau Hadean.
Lớp vỏ dày hơn, mát hơn, cứng hơn này cuối cùng cũng có thể hỗ trợ kiến tạo mảng, và cũng vào khoảng thời gian này, những tảng đá lục địa đầu tiên xuất hiện trong hồ sơ địa chất.
Johnson nói: “Ngay khi bạn có thể tạo ra lớp vỏ dày và có thể tạo ra thạch quyển lớp phủ bên dưới, bạn có thể bắt đầu xây dựng các lục địa”. Nhóm nghiên cứu thừa nhận phần lớn lập luận dựa trên vật lý-ba mô hình sed chứ không phải là mẫu đá.
Tuy nhiên, do không có bằng chứng địa chất nên Johnson cho rằng việc dựa vào mô hình là hợp lý. Ông nói: “Chúng ta cần bắt đầu xem xét nghiêm túc kết quả đầu ra của những mô hình này thay vì chỉ nói rằng chúng ta không thể tìm thấy bất kỳ tảng đá nào, vì vậy hãy từ bỏ”.
Nhưng những tảng đá cổ xưa, khó tìm thấy như hiện tại, cũng có thể xuất hiện trong tương lai gần – Trái đất cực kỳ giỏi trong việc che dấu dấu vết lịch sử của nó, nhưng nó không hoàn hảo.
Johnson cho biết: “Tại Vành đai đá xanh Nuvvuagittuq ở Canada, một nhóm các nhà nghiên cứu Bắc Mỹ gần đây đã xác định niên đại của một tảng đá mafic tối màu là 4,2 tỷ năm tuổi”. "Tôi cũng biết một nhóm khác đã tìm thấy một tảng đá có thể còn cổ hơn.
Hy vọng bạn sẽ có thể đọc về nó trong vài tháng tới."
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.