Forskere finder stigning i asteroidevirkninger på oldtidens Jord ved at studere Månen

Et internationalt hold af videnskabsmænd udfordrer vores forståelse af en del af Jordens historie ved at se på Månen, den mest komplette og tilgængelige kronik af de asteroidekollisioner, der udskårede vores solsystem.

I en undersøgelse offentliggjort i dag i Videnskab , holdet viser, at antallet af asteroidepåvirkninger på Månen og Jorden er steget med to til tre gange for omkring 290 millioner år siden.

"Vores forskning giver beviser for en dramatisk ændring i hastigheden af ​​asteroide-nedslag på både Jorden og Månen, der fandt sted omkring slutningen af ​​Palæozoikum-æraen, " sagde hovedforfatter Sara Mazrouei, der for nylig fik sin ph.d. i Department of Earth Sciences i Faculty of Arts &Science ved University of Toronto (U of T). "Betydningen er, at vi siden dengang har været i en periode med relativt høj hastighed af asteroide-nedslag, der er 2,6 gange højere end det var før for 290 millioner år siden."

Det var tidligere blevet antaget, at de fleste af Jordens ældre kratere produceret af asteroide-nedslag er blevet slettet af erosion og andre geologiske processer. Men den nye forskning viser noget andet.

"Den relative sjældenhed af store kratere på Jorden ældre end 290 millioner år og yngre end 650 millioner år skyldes ikke, at vi mistede kraterne, men fordi påvirkningsraten i det tidsrum var lavere, end den er nu, " sagde Rebecca Gent, en lektor i U of T's Institut for Geovidenskab og en af ​​artiklens medforfattere. "Vi forventer, at dette vil være af interesse for alle, der er interesseret i virkningshistorien for både Jorden og Månen, og den rolle, det kunne have spillet i livets historie på Jorden."

Forskere har i årtier forsøgt at forstå, hvor hurtigt asteroider rammer Jorden ved at bruge radiometrisk datering af klipperne omkring dem til at bestemme deres alder. Men fordi man mente, at erosion fik nogle kratere til at forsvinde, det var svært at finde en nøjagtig påvirkningsrate og afgøre, om den havde ændret sig over tid.

En måde at omgå dette problem på er at undersøge Månen, som rammes af asteroider i samme proportioner over tid som Jorden. Men der var ingen måde at bestemme alderen på månekratere, før NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) begyndte at cirkle rundt om Månen for et årti siden og studere dens overflade.

"LRO's instrumenter har gjort det muligt for videnskabsmænd at kigge tilbage i tiden på de kræfter, der formede Månen, " sagde Noah Petro, en LRO-projektforsker baseret på NASA Goddard Space Flight Center.

Ved hjælp af LRO-data, holdet var i stand til at samle en liste over aldre for alle månekratere yngre end omkring en milliard år. Det gjorde de ved at bruge data fra LRO's Diviner-instrument, et radiometer, der måler varmen, der udstråler fra Månens overflade, at overvåge nedbrydningshastigheden af ​​unge kratere.

I løbet af månenatten, klipper udstråler meget mere varme end finkornet jord kaldet regolit. Dette gør det muligt for forskere at skelne sten fra fine partikler i termiske billeder. Gent havde tidligere brugt disse oplysninger til at beregne den hastighed, hvormed store sten omkring Månens unge kratere – slynget ud på overfladen under asteroide-nedslag – nedbrydes til jord som et resultat af en konstant regn af bittesmå meteoritter over titusinder af år. Ved at anvende denne idé, holdet var i stand til at beregne aldre for tidligere u-daterede månekratere.

Sammenlignet med en lignende tidslinje for Jordens kratere, de fandt, at de to kroppe havde registreret den samme historie om asteroidebombardement.

"Det blev klart, at grunden til, at Jorden har færre ældre kratere på sine mest stabile områder, er, at påvirkningshastigheden var lavere indtil for omkring 290 millioner år siden, sagde William Bottke, en asteroideekspert ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado og en anden af ​​avisens medforfattere. "Svaret på Jordens nedslagshastighed var at stirre alle lige i ansigtet."

Årsagen til springet i påvirkningsraten er ukendt, selvom forskerne spekulerer på, at det kan være relateret til store kollisioner, der fandt sted for mere end 300 millioner år siden i det vigtigste asteroidebælte mellem Mars og Jupiters kredsløb. Sådanne begivenheder kan skabe affald, der kan nå det indre solsystem.

Gent og hendes kolleger fandt stærke understøttende beviser for deres resultater gennem et samarbejde med Thomas Gernon, en jordforsker baseret på University of Southampton i England, som arbejder på et jordbaseret træk kaldet kimberlitrør. Disse underjordiske rør er for længst uddøde vulkaner, der strækker sig, i en gulerodsform, et par kilometer under overfladen, og findes på nogle af de mindst eroderede områder af Jorden på de samme steder, som bevarede nedslagskratere findes.

"Det canadiske skjold er vært for nogle af de bedst bevarede og bedst undersøgte af dette terræn - og også nogle af de bedst undersøgte store nedslagskratere, " sagde Mazrouei.

Gernon viste, at kimberlitrør dannet siden omkring 650 millioner år siden ikke havde oplevet meget erosion, indikerer, at de store nedslagskratere, der er yngre end dette på stabilt terræn, også skal være intakte.

"Det er sådan, vi ved, at disse kratere repræsenterer en næsten komplet rekord, " sagde Gent.

Mens forskerne ikke var de første til at foreslå, at hastigheden af ​​asteroideangreb mod Jorden har svinget i løbet af de sidste milliarder år, de er de første til at vise det statistisk og til at kvantificere satsen.

"Opdagelsen kan også have betydning for historien om livet på Jorden, som er præget af udryddelseshændelser og hurtig udvikling af nye arter, " sagde Gent. "Selvom de kræfter, der driver disse begivenheder, er komplicerede og kan omfatte andre geologiske årsager, såsom store vulkanudbrud, kombineret med biologiske faktorer, asteroide-nedslag har helt sikkert spillet en rolle i denne igangværende saga.

"The question is whether the predicted change in asteroid impacts can be directly linked to events that occurred long ago on Earth."

The findings are described in the study "Earth and Moon impact flux increased at the end of the Paleozoic", udgivet i Videnskab .