在地球歷史的早期,巨大的小行星的撞擊是很普遍的。
以上圖片顯示早期地球撞擊的模擬效果。圓形區域顯示每次撞擊影響的區域,其直徑與直徑小於100公裏的撞擊物的最終彈坑尺寸相當。對於較大的撞擊物,圓周的大小與沖擊產生的熔體掩埋的區域的大小相對應。顏色編碼顯示撞擊的時間。模型中考慮的最小沖擊器直徑為15公裏。
當談到撞擊地球的太空隕石時,有兩個很令人印象深刻。一個在六千五百萬年前造成了恐龍的絕滅，另一個在撞擊地球後形成了月球。第一個隕石飛入尤卡坦半島,直接造成淪陷了恐龍,直徑只有10公裏。另一個,形成月球的隕石可能與火星的大小差不多。但是,由於巨大的月球撞擊和恐龍死亡的相對較小的機率的原因,地球肯定也受到了其他天體的沖擊。
在美國地球物理聯盟2023年秋季的會議上,科學家們討論了他們發現的關於小行星撞擊早期地球所形成的月球的問題。
模型化熔體
當月牙形的撞擊物撞向地球時,世界上許多地方都變成了被稱為巖漿海洋的熔化巖石海洋( 如果它還沒有融化 )。在此之後,地球不再有大品質的增加。西蒙娜·馬奇-他是西南研究所的行星科學家,他建立了早期太陽系及其包括地球在內的行星體的電腦模型。他說:"這些碎片還在飛。"後一階段可能不是另一個月球大小規模的撞擊,但可能會出現大規模的小行星。馬奇說,對這種太空垃圾的大小和頻率分布的預測表明,"一定有相當數量的直徑超過1000公裏的物體。"
不幸的是,在大約35億年前的巖石撞擊記錄中沒有明顯的證據。這樣,像馬奇這樣的科學家們就可以用月球來估計與地球相撞的物體的數量。
馬奇和他的同事們用撞擊器的大小和數量建立了一個模型,估算了熔巖的體積,這是一個時間的函式,它一定是在地球表面產生的。巖漿海洋過去曾經存在過,但直徑超過100公裏的沖擊物仍然融化了許多巖石,一定極大地改變了早期的地球。
與較小的撞擊不同的是,模型顯示,這種大小的物體所產生的熔體體積並不局限於火山口。任何火山口都只是暫時存在,因為巖漿的流動性過多,無法保持固定的形狀。馬奇把這比作把石頭扔到水裏。"在某個時刻,你在水中形成一個洞的開關,但是,所有的東西都會塌陷並被填滿,因為它是液體。"
熔巖體積比挖掘出來的巖石要大得多,因此馬奇可以計算出,每次撞擊都會有多少熔體溢位,並覆蓋地球表面的某些部份。其結果是一幅驚人的熔體體積圖。在地球歷史的頭十億年左右,幾乎整個地球表面都會在某一時刻出現撞擊融化的現象。這段歷史的大部份都消失了,因為我們活躍的行星的大氣、地表和構造過程不斷地改變著巖石。
玻璃球
即使在35億到25億年前,巖石的存在也是稀少的。但澳洲和南非這兩個地方保存著以球狀形式撞擊的證據。這些微小的玻璃球在撞擊後立刻形成,巖石向天空蒸發。當液體流回到地球時,小液滴開始凝結和降雨。
鉆芯中沖擊S3的球床。在這裏,S3的球層沈積在足夠深的水中,不能被其他碎石稀釋。
馬奇說:"我們在35億年前就能發現這些撞擊產生的球層,這是很了不起的。"
從16個已確認的撞擊事件(其中一些由於巖石層折疊而不止一次出現在地質記錄中)得出的約35個已知地層的年齡在35億年至25億年之間。透過研究這些層和之前和之後的層,我們可以了解這些撞擊可能產生的影響。
納賈德本-哈佛大學的一位地質學家和助理教授,研究了南非巴波頓帶的巖石,該地區記錄了許多太古代撞擊事件,包括有證據表明有326億年歷史的撞擊被稱為S2。她說:"我們不知道撞擊點的位置。因為當時的陸地面積越來越小,無論撞擊物撞擊到哪裏,都很可能是海洋。"
模型顯示,該撞擊器的直徑為40到60公裏,比迪諾殺手大4到6倍。當一塊像波多黎各島那麽寬的巖石沖進海裏時,一場海嘯 將會 在世界各地傳播。在巖石裏顯示了這方面的直接證據。
在任何撞擊之前,在低能環境中形成的微晶石英巖石-都在沈積,它們的純白色層與富碳黑色層交替。這些黑色和白色條紋小寶石形成於平靜的海洋架上。當海嘯來襲時,大量的水流把這些海底的小寶石們都撕掉了。這些都被混合進了巖層標誌著曾經有過撞擊。
在S2撞擊之前,黑色粉末在低能量環境中形成帶白色粉末。
海嘯後:S2球層顯示出從海底撕裂的碎片。
其他建模工作表明,持續幾年的高溫使海洋蒸發了一部份。她和她的團隊找到了直接的證據,證明海嘯形成的沈積巖上巨大的水外流,這些巖石層中含有蒸發巖--透過蒸發形成於淺水中的礦物。
那時的生命是如何存活的?
數十億年前，沒有任何恐龍，生命由單細胞生物組成。對地球的定期撞擊可能會塑造地球表面,導致環境中的物理和化學變化,從而影響生命的生存。但也可能有幫助。
在S2撞擊的情況下,由於塵埃的暗化效應,光合作用的生命在撞擊後的最初幾年至少會有一段艱難的時期。淺海的生命在這次海嘯、蒸發的海洋和被太陽曬黑的同時,也很難幸免於難。
"幾年前我開始這項研究的時候,我主要都是在評估災難性的影響,"納賈德本說。然而,磷--我們所知道的對生命至關重要的元素(它是DNA主幹的一個組成部份)--出現在撞擊層和上面。她解釋說,模型表明,在10年內,部份蒸發的海洋,回到大氣中,會重新下雨。這場雨會使陸地上的磷風化,並將其送到海上。此外,納賈德本發現球體富含磷,這表明小行星的到來也把這一關鍵元素從太空運送到地球表面。
其他證據表明,還有其他的撞擊,包括海嘯從深海帶來富含鐵的水,以及有機物中的化學特征,這意味著新生生物圈的轉變。例如,與鐵釘一樣,納賈德本認為有機物的碳同位素成分有很大的變化。"生命的形成更青睞於品質較輕的碳元素,"納賈德本說。"我們看到,碳同位素發生了真正強烈的變化,這清楚地表明,生物圈正在發生某種變化,某種變化正在發生。納賈德本說:"這些對這種災難之後的生命產生的積極影響確實是一個驚喜。"
