Согласно новому исследованию, массивная космическая скала размером с четыре горы Эвереста врезалась в Землю более 3 миллиардов лет назад — и это воздействие могло оказаться неожиданно полезным для самых ранних форм жизни на нашей планете.
Обычно, когда большой космический камень врезается в Землю, удары связаны с катастрофическими разрушениями, как в случае с вымиранием динозавров 66 миллионов лет назад, когда астероид шириной примерно 6,2 мили (10 километров) рухнул. побережье полуострова Юкатан на территории современной Мексики.
Но Земля была молодой и совсем другим местом, когда метеорит S2, масса которого, по оценкам, в 50–200 раз превышала массу астероида Чиксулуб, вызвавшего вымирание динозавров, столкнулся с планетой 3,26 миллиарда лет назад, по словам Нади Драбон, доцента Земли. и планетарные науки в Гарвардском университете. Она также является ведущим автором нового исследования, описывающего воздействие S2 и то, что последовало за ним, которое было опубликовано в понедельник в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Никакая сложная жизнь еще не сформировалась, и присутствовала только одноклеточная жизнь в виде бактерий и архей», — написал Драбон в электронном письме. «Океаны, вероятно, содержали некоторую жизнь, но не так много, как сегодня, отчасти из-за нехватки питательных веществ. Некоторые люди даже описывают архейские океаны как «биологические пустыни». Архейская Земля представляла собой водный мир с несколькими выступающими островами. Это было бы любопытное зрелище, поскольку океаны, вероятно, имели зеленый цвет из-за богатых железом глубоких вод».
Когда упал метеорит S2, последовал глобальный хаос, но удар также вызвал появление ингредиентов, которые могли бы обогатить бактериальную жизнь, сказал Драбон. Новые результаты могут изменить представление ученых о том, как Земля и ее молодая жизнь реагировали на бомбардировку космическими камнями вскоре после формирования планеты.
Раскрытие древних воздействий
В начале истории Земли космические камни часто сталкивались с молодой планетой. По оценкам авторов исследования, «гигантские метеориты» диаметром более 6,2 миль (10 километров) обрушивались на планету по крайней мере каждые 15 миллионов лет, а это означает, что по меньшей мере 16 гигантских метеоритов поражали Землю во время архейского эона. длился от 4 до 2,5 миллиардов лет назад.
Но последствия этих ударных событий до конца не изучены. А учитывая постоянно меняющуюся геологию Земли, в которой массивные кратеры покрыты вулканической активностью и движением тектонических плит, трудно найти доказательства того, что произошло миллионы лет назад.
Драбон — геолог ранней Земли, которого заинтриговало понимание того, какой была планета до того, как сформировались первые континенты, и как сильные метеоритные удары повлияли на эволюцию жизни.
«Эти воздействия, должно быть, существенно повлияли на возникновение и эволюцию жизни на Земле. Но как именно, остается загадкой», — сказал Драбон. «В своем исследовании я хотел изучить реальные «веские» доказательства — извините за каламбур — того, как гигантские удары повлияли на раннюю жизнь».
Драбон и ее коллеги провели полевые исследования в поисках подсказок в скалах гор Барбертон-Махонджва в Южной Африке. Там геологические свидетельства восьми ударных событий, произошедших между 3,6 и 3,2 миллиарда лет назад, можно найти в горных породах и проследить по крошечным частицам удара метеорита, называемым сферулами.
Драбон и ее коллеги провели свои исследования в горах Барбертон-Махонджва в Южной Африке. (Надя Драбон/Гарвардский университет через CNN Newsource)
Маленькие круглые частицы, которые могут быть стекловидными или кристаллическими, образуются при падении крупных метеоритов на Землю и образуют осадочные слои в горных породах, известные как сферические слои.
Команда собрала ряд образцов в Южной Африке и проанализировала состав и геохимию горных пород.
«Наши дни обычно начинаются с долгого похода в горы, чтобы добраться до мест отбора проб», — сказал Дрэбон. «Иногда нам повезло, что грунтовые дороги приближают нас. На месте мы очень подробно изучаем структуры горных пород в слое ударных событий и используем кувалды для извлечения образцов для последующего анализа в лаборатории».
Плотно зажатые слои породы сохранили минеральную временную шкалу, которая позволила исследователям реконструировать то, что произошло при ударе метеорита S2.
Волны разрушения
Метеорит S2 имел диаметр от 23 до 36 миль (от 37 до 58 километров) на момент удара о планету. По словам Драбона, последствия были быстрыми и жестокими.
«Представьте себе, что вы стоите у побережья Кейп-Кода, на мелководье», — сказал Драбон. «Это среда с низким энергопотреблением, без сильных течений. Затем внезапно возникает гигантское цунами, проносящееся и разрывающее морское дно».
Цунами пронеслось по всему земному шару, и жар от удара был настолько сильным, что выкипел верхний слой океана. По словам Дрэбона, когда океаны кипят и испаряются, они образуют соли, подобные тем, которые наблюдаются в скалах сразу после удара.
Пыль, попавшая в атмосферу от удара, за считанные часы затемнила небо, даже на противоположной стороне планеты. Атмосфера нагрелась, а густое облако пыли не позволило микробам преобразовывать солнечный свет в энергию. Любая жизнь на суше или на мелководье ощутила бы неблагоприятные последствия немедленно, и эти последствия сохранялись бы от нескольких лет до десятилетий.
В конце концов дождь поднял бы верхние слои океана, и пыль осела.
Но глубоководная океанская среда — это совсем другая история. Цунами подняло такие элементы, как железо, и вынесло их на поверхность. Тем временем эрозия помогла смыть прибрежные обломки в море и высвободить фосфор из метеорита. Лабораторный анализ показал резкое увеличение количества одноклеточных организмов, питающихся железом и фосфором, сразу после удара.
Жизнь быстро восстановилась, а затем процветала, сказал Драбон.
«До удара в океанах существовала некоторая, но незначительная жизнь из-за нехватки питательных веществ и доноров электронов, таких как железо, на мелководье», — сказала она. «В результате воздействия были высвобождены важные питательные вещества, такие как фосфор, в глобальном масштабе. Студент метко назвал это воздействие «бомбой из удобрений». В целом, это очень хорошая новость для эволюции ранней жизни на Земле, поскольку на ранних стадиях эволюции жизни удары были бы гораздо более частыми, чем сегодня».
Как Земля реагирует на прямые попадания
По словам Дрэбона, удары астероидов S2 и Чиксулуб имели разные последствия из-за соответствующих размеров космических камней и стадии, на которой находилась планета в момент удара каждого из них.
Ударный элемент Чиксулуб врезался в карбонатную платформу на Земле, в результате чего в атмосферу попала сера. Выбросы образовали аэрозоли, которые вызвали резкое и сильное падение температуры поверхности.
И хотя оба удара вызвали значительное вымирание, выносливые, зависящие от солнечного света микроорганизмы на мелководье быстро восстановились бы после удара S2, как только океаны снова наполнятся водой и пыль осядет, сказал Драбон.
«Жизнь во время удара S2 была намного проще», — сказала она. «Подумайте о том, чтобы почистить зубы утром: вы можете уничтожить 99,9% бактерий, но к вечеру они вернутся.
Бен Вайс, профессор наук о Земле и планетах Роберта Р. Шрока в Массачусетском технологическом институте, был заинтригован геологическими наблюдениями за слоями сферул в статье, которые, по его мнению, позволяют исследователям исследовать древнее воздействие Земли, записывая способ, которым астрономы может изучать поверхности планет, таких как Марс. Вайс не принимал участия в исследовании.
В этом образце, взятом после падения другого метеорита, можно увидеть сферулы. (Надя Драбон/Гарвардский университет через CNN Newsource)
«Сегодня на Земле не сохранилось ударных кратеров, которые хотя бы приблизились бы по размеру к тем, которые, как предполагается, образовали изучаемые здесь породы», — сказал Вайс. «Конечно, особенность наших данных заключается в том, что, какими бы фрагментарными и неполными они ни были, это единственная запись, которую мы в настоящее время можем подробно изучить и которая может рассказать нам о влиянии воздействий на раннюю эволюцию жизни. Также впечатляет то, что, несмотря на очень локальный характер этих наблюдений (обнажения в небольшом регионе Южной Африки), мы можем начать кое-что понимать о глобальном характере этих гигантских ударных событий».
Скалы в горах Барбертон Махонджва открывают для Драбон и ее коллег совершенно новое направление исследований истории столкновений с Землей.
«Мы стремимся определить, насколько распространенными были эти изменения окружающей среды и биологические реакции после других столкновений в ранней истории Земли», — сказала она. «Поскольку эффект каждого воздействия зависит от различных факторов, мы хотим оценить, как часто происходили такие положительные и отрицательные последствия для жизни».