初期の地球への大規模な小惑星の衝突は、惑星の表面を劇的に変化させる以上の影響を与えた可能性があります。それらは現在、生命の出現に不可欠であると考えられています。最近のコンピューターモデルにより、これらの宇宙衝突によって広大な地下熱水系が生成されたことが明らかになりました。このプロセスは、地球の地殻を破壊し、熱水をこれらの開口部から流すことによって起こりました。このような高温で長期にわたる環境は初期の地球の大部分を覆い、宇宙の滅亡を生物発生の予期せぬ機会に変えた可能性があります。
サウスウェスト研究所 (SwRI) の研究者たちは、地球の形成の激しい段階を再評価しました。彼らは、太古の小惑星の衝突が居住可能な地球環境の形成に不可欠であった可能性があることを発見した。研究チームが行ったシミュレーションによると、繰り返される衝突は単に若い地球の表面を再形成するだけでなく、生命の誕生に理想的な高温の水生環境である広範な熱水系も確立されたことが示唆されている。
これらの発見をさらに深く調べるために、科学者たちは地球への小惑星衝突の歴史のモデルを作成しました。シミュレーションの結果は、高エネルギー衝突が地球の地殻を破壊する可能性があることを示しました。これにより、地下に多孔質のルートが形成され、水が惑星の上層を通過できるようになりました。
研究チームは、高度な衝撃物理ソフトウェアを使用して、高速衝撃が固体の岩石をどのように破砕し、その結果浸透性領域が生成されるかをシミュレーションしました。これは、小惑星の衝突により、初期の地球の地殻における流体の循環を可能にする重要な特徴である浸透性がどのように生成されたかを包括的に定量化した最初の研究です。
「このモデリングは革新的であり、生命が誕生した可能性のある初期の環境を理解する上で基礎的なものです」と、AGU Advances に掲載されたこの研究を詳述した論文の筆頭著者である SwRI のアマンダ・アレクサンダー氏は述べています。彼女は、恐竜の絶滅のような壊滅的な出来事として見られることが多いが、衝突衝撃はプレバイオティクスの化学に適した環境の形成におそらく不可欠であると付け加えた。
小惑星の衝突が初期段階で地球にどのような変化をもたらしたかを理解する
地球の形成は約 45 億年前に起こり、小惑星による激しい衝突の時代の始まりとなりました。高速度を特徴とするこれらの現象は、地表下の膨大な量の岩石を粉砕しました。さらに、物質を蒸発させ、溶けた岩を地形全体に広げました。
衝突のたびに発生する極度の熱と、地球の自然な地熱が、新しく割れた地殻を通る熱水の循環を促進したと考えられます。その結果として生じた熱水系は、今日のイエローストーン国立公園で見られる間欠泉の複雑なネットワークと比較することができ、生命の起源と初期の進化にとって熟した条件を確立した可能性があります。
このメカニズムをより深く理解するために、科学者たちはさまざまなサイズと速度の小惑星の衝突をモデル化しました。彼らはまた、各衝突によって生じた亀裂の入った透水性の地殻の範囲を計算する前に、地殻のさまざまな組成とさまざまな温度条件を調べた。
シミュレーションにより、その初期に発生した単一の大規模衝突により、現在イエローストーン地域全体で観測されている熱水活動よりも最大100倍も大きな熱水活動が発生した可能性があることが明らかになった。
「生命は熱水環境で誕生または進化した可能性があるため、初期地球への衝突によるこれらのシステムの生成を理解し、定量化することが重要です」とアレクサンダー氏は述べた。彼女はまた、これら古代の熱水系をよりよく特徴付けるために追加の研究の必要性を強調しました。
地球の地質構造に対する長期にわたる衝突の影響
開発されたモデルは、衝突によって生じる破壊され浸透性のある岩石の量が主に衝突のエネルギーによって決定されることを示しています。このエネルギーは、小惑星の大きさと速度に直接依存しました。同時に、これらの破砕領域の透水性のレベルは、地球の地熱勾配と地殻の組成によって影響を受けました。研究者らは、これらの影響が発生した頻度の推定値も研究に組み込みました。
「衝突履歴モデルを使用して、繰り返される衝突の累積的影響を推測することで、地殻の上部 8 キロメートル (5 マイル) は 43 億年前には透過性が高かった可能性が高いと推定されています。この体積のかなりの部分は 35 億年前まで透過性を維持していた可能性があります」とアレクサンダー氏は説明した。 「これらの結果は、この衝突が初期の地球の地殻における熱水変化を引き起こす上で極めて重要であり、地表近くの環境の地球化学的進化に重要な結果をもたらしたことを示しています。」
