علماء يجادلون: قشرة الأرض القديمة تشكلت بفعل اصطدامات الكويكبات

الأرض هي الكوكب الوحيد الذي نعرفه بقارات غنية بالسيليكا وطفو، لكن الجيولوجيين لا يزالون غير متفقين على كيفية تشكلها. يعود أقدم صخر قاري إلى حوالي أربعة مليارات سنة، بينما عمر الأرض أربعة مليارات ونصف المليار سنة - تاركة فجوة زمنية مقدارها 500 مليون سنة غذت عقودًا من الجدل. الآن، يجادل تيم جونسون، الجيولوجي في جامعة كيرتن في بيرث بأستراليا، وزملاؤه بأن القطعة المفقودة من اللغز كونية: وابل شديد ومستمر من اصطدامات الكويكبات أبطل القشرة المبكرة ساخنة ورقيقة بما يكفي لجعل القارات الطافية ممكنة. باختصار، الأراضي التي نعيش عليها موجودة لأن الصخور الفضائية القديمة ضربت الكوكب بشراسة.

المشكلة هي أن الأدلة الجيولوجية من طفولة الأرض شبه معدومة. أقدم الصخور القارية المعروفة تبلورت منذ حوالي 4.03 مليار سنة، في نهاية دهر الهاديان (أول 500 مليون سنة). صخور بازلتية نادرة تعود إلى حوالي 4.2 مليار سنة، وبعض بلورات الزركون تدفع السجل إلى 4.4 مليار سنة. بعد ذلك، لا يوجد شيء تقريبًا. لذا اعتمد العلماء على تخمينات مدروسة، مما أدى إلى فكرتين سائدتين: إما أن تكتونية الصفائح كانت تعمل بالفعل في الهاديان، مع تشكل القشرة فوق مناطق الاندساس، أو أن الأرض المبكرة كانت ساخنة جدًا بحيث لا تسمح بصفائح صلبة، وتشكلت القشرة فوق أعمدة الوشاح (فكر في كتل الشمع في مصباح الحمم). لكن كلتا الفكرتين واجهتا مشكلة حرارية. بدت الأرض باردة جدًا بحيث لا تسمح بأي من العمليتين بناءً على مصادر الحرارة الداخلية وحدها. كما قال جونسون: "لم يستطع أحد جعلها متوافقة لأننا لم نأخذ في الاعتبار الطاقة القادمة من خارج الأرض."

تلك الطاقة الخارجية جاءت من اصطدامات الكويكبات والنيازك، التي كانت أكثر تواترًا عندما كان النظام الشمسي شابًا. لكن للأرض طريقة غريبة في إخفاء ندوبها - تكتونية الصفائح تعيد تدوير السطح إلى الوشاح. لذا نظر فريق جونسون إلى القمر، الذي يفتقر إلى تكتونية الصفائح ولا يزال يحمل علامات الاصطدامات القديمة. بمعايرة أعداد الفوهات مقابل عينات قمرية مؤرخة، قدروا عدد المرات التي ضربت فيها الأجسام الكبيرة جارتنا السماوية. بتوسيع النطاق إلى حجم الأرض الأكبر وجاذبيتها الأقوى، استنتجوا أن الكوكب لا بد أنه تعرض لآلاف من المصطدمات التي يزيد قطرها عن 10 كيلومترات. عندما حسبوا الطاقة المنقولة، تجاوز التسخين بالاصطدام الحرارة الإشعاعية والحرارة اللبية لمعظم الهاديان بمقدار عشرة أضعاف تقريبًا.

بتغذية ميزان الحرارة المعاد صياغته هذا في محاكاة ديناميكية أرضية، وجد الفريق أن قشرة الأرض في الهاديان كانت رقيقة (أقل من 5 كيلومترات سمكًا) ومنصهرة إلى حد كبير تحتها، مع انصهار جزئي واسع النطاق يبدأ على عمق 2 إلى 3 كيلومترات فقط تحت السطح. على عمق حوالي 5 كيلومترات، تجاوزت أجزاء الانصهار 30 بالمائة من حيث الحجم - بعد النقطة التي تتماسك فيها الصخور كلوح متماسك. تكتونية الصفائح ببساطة لم تكن ممكنة. قال جونسون: "الاندساس وتكتونية الصفائح يتطلبان أن يكون الغلاف الصخري صلبًا ويمكنه التحرك والاندساس. هذا غير ممكن إذا كانت حساباتنا قريبة من الصحة."

أنتجت المحاكاة أيضًا إعادة تدوير كاملة للقشرة إلى الوشاح، مع تساقط المواد إلى أعماق لا تقل عن 600 كيلومتر. هذا يفسر لماذا نجا القليل من قشرة الهاديان ولماذا بلورات الزركون المشوهة بالصدمات غائبة تقريبًا - امتص الانصهار موجات الصدمة قبل أن تترك ضررًا دائمًا. مع انخفاض تدفق الاصطدامات بين 3.9 و 3.5 مليار سنة مضت، تولت مصادر الحرارة الداخلية، برد الوشاح العلوي، وازدادت سماكة القشرة إلى حوالي 30 كيلومترًا بحلول أوائل الدهر السحيق. تلك القشرة الأكثر سمكًا وبرودة وصلابة دعمت أخيرًا تكتونية الصفائح، وتظهر أولى الصخور القارية في السجل الجيولوجي في نفس الوقت تقريبًا. قال جونسون: "بمجرد أن تتمكن من إنشاء قشرة سميكة وإنشاء غلاف صخري وشاحي تحتها، يمكنك البدء في بناء القارات."

يعترف الفريق بأن الكثير من الحجة تستند إلى نمذجة قائمة على الفيزياء بدلاً من عينات الصخور، لكن جونسون يعتقد أن ذلك مبرر نظرًا لندرة الأدلة.