數十億年前，太陽系以外的強大力量可能塑造了我們今天腳下的大部分陸地。最近發表在《地質學雜誌》上的一項研究提出，當早期太陽系穿過銀河系的四個主要旋臂時，地球的大陸地殼經歷了主要的增長爆發。銀河系的穿梭觸發了地球上的彗星雨，並且它們的巨大撞擊形成了大量新的地殼。
“我們所站立的大陸地殼——地球上大部分生物質所在的地方——可能與宇宙有著根本的聯絡，這讓我感到震驚，”澳大利亞科廷大學的地質學家、該論文的主要作者克里斯·柯克蘭說。
柯克蘭和他的同事將地殼增長的日期與銀河系運動的時間相匹配——兩者都大約每 1.7 億到 2 億年發生一次——並將該時間與彗星撞擊聯絡起來，透過地面上的微量晶體和微小的玻璃珠，這些晶體和玻璃珠保留了碰撞的細節。 但該理論已被證明是有爭議的。它獲得了其他地質學家的支援，但也因忽視更簡單的地球解釋而受到批評。天文學家也挑剔了該理論的天體論證中的漏洞。
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儘管這項研究涵蓋了銀河系的尺度，但這項工作始於分析僅 100 微米寬的微小晶體。這些晶體沉澱在地球最早的大陸歷史被儲存下來的地方：格陵蘭島和澳大利亞的古老、穩定的地殼塊。但它們曾經位於廣闊、沸騰的地下岩漿海洋中，然後才向上移動——被困在一個噴湧到地表並硬化成新地殼的熔融體中。儘管經歷了艱苦的旅程，這些晶體仍然精確地記錄了它們的誕生。它們內部包含元素，例如鈾，這些元素以時鐘般的規律衰變，使科學家能夠使用它們來追蹤年齡。晶體中的其他元素標記了母岩漿的成分。
利用這些記錄，柯克蘭的團隊推斷，在大約 38 億到 28 億年前的時期，岩漿每 1.7 億到 2 億年刺穿地表並形成新的地殼。這種模式與地球穿過銀河系旋臂的速度相匹配。但是，為什麼這種銀河尺度會印刻在地球上呢？
柯克蘭和他的同事認為，當太陽系進入旋臂時，旋臂中增強的恆星密度會將彗星從奧爾特雲中驅逐出來——奧爾特雲是冰冷天體的巨大儲藏庫，可能延伸到太陽以外約 1.6 光年——將一些彗星送入朝向地球的內部軌道。轟擊的彗星挖掘出地球表面巨大的體積，產生巨大的熱量，但釋放了下方的壓力。“頂部的岩石部分有點像香檳塞或壓力鍋上的閥門，”科廷大學的地質學家、該論文的合著者蒂姆·約翰遜說。當壓力下降時，這種變化降低了地幔的熔點，導致岩石形成大量的岩漿。然後，浮力岩漿上升到地表，在那裡凝固成玄武岩，看起來很像夏威夷或冰島的黑色岩石，儘管規模巨大。玄武岩非常厚（可能達數十公里），以至於底部非常熱，迫使其再次融化並形成花崗岩——一種淺色岩石，非常具有浮力，可以漂浮在其他任何東西之上。
該理論的證據不僅可以在晶體中找到，還可以在稱為球粒層的區域中找到。當彗星撞擊地球時，被炸入大氣層的超熱沉積物融合為熔融雨，然後在地面上再次凝固成一層稱為球粒的微小玻璃珠。該團隊指出，大約在 34.5 億年前和 32.5 億年前發生的兩個球粒層，與增強的地殼生產時間（來自晶體推導）以及太陽系進入旋臂的時間相吻合。
“這是一個 brilliant 的見解，”新斯科舍省聖弗朗西斯澤維爾大學的地質學家布倫丹·墨菲說，他研究全球構造，但未參與這項研究。“它肯定讓我以一種我以前從未想過的方式思考早期地球。”
然而，其他科學家對此持懷疑態度。“對我來說，沒有足夠的證據支援如此非凡的解釋，”中國科學院的地質學家羅斯·米切爾說，他沒有參與這項研究。他擔心只有兩個球粒層與晶體資料相匹配，其中一個球粒層不在澳大利亞境內——這意味著時間可能畢竟不匹配。米切爾說，這也使得這篇論文站不住腳。“這就像試圖在密西西比河三角洲上建造房屋，”他說。“也許當人們閱讀你的論文時，它會持續一個月，但一兩年後，那個地基可能會崩潰。”
米切爾還有另一個反對意見：科學家們不應該考慮非凡的想法，直到他們“排除簡單的、無聊的想法”，他說。對於柯克蘭團隊歸因於銀河系力量的迴圈，他腦海中有一個無聊的解釋：構成地球地殼的板塊的 регулярные 運動。1.7 億到 2 億年的迴圈正是地殼板塊從地表移動到地核-地幔邊界（在眾所周知的俯衝過程中）所需的時間量。然後，由於其他物質隨著板塊下沉而上升，因此很可能在同一時間段內地幔羽流上升並形成新的地殼。“如果我們已經有了來自地球自身迴圈的現成解釋，我們真的需要前往星系的外部範圍嗎？”米切爾問道。
但柯克蘭進行了反駁。他認為，在地球早期歷史的這個階段，俯衝尚未開始：地球太熱了，地幔運動太劇烈，以至於地殼無法一直下沉到地核-地幔邊界。墨菲對此表示贊同，他指出俯衝的起源是地質學中一個有爭議的話題，許多研究人員認為它開始得較晚。另一方面，轟擊肯定在早期就發生了。“當我們觀察我們的天體鄰居時，我們知道太陽系的早期歷史是一個射擊場，”他說。
然而，射擊場由彗星組成的主張是該理論的另一個有爭議的方面。從太陽系外圍噴射出的彗星帶著大量的能量到達，這將導致大量的熔化和新的地殼。但科學家們在內太陽系中沒有看到太多彗星撞擊的證據。相反，小行星——攜帶較少能量——是更典型的 incoming 天體。“所以，如果這真的發生了，這是一個幾乎沒有留下地質痕跡的過程，”科羅拉多大學博爾德分校的行星科學家瑪格麗特·蘭迪斯說，她沒有參與這項研究。
西南研究所的行星科學家比爾·博特克也同意彗星雨非常罕見。而且當它們確實發生時，彗星也很不可能撞擊地球。雖然彗星雨確實是由經過的恆星擾亂內部奧爾特雲而引發的，但這樣的恆星必須相對接近我們的太陽才能發生彗星雨，而且這些事件發生得極其不頻繁——即使在旋臂穿梭期間也是如此。“在科學中，雄心勃勃是值得的，但不能雄心勃勃到將資料推到超出可靠範圍的地步，”蘭迪斯說。
約翰遜說，他收到了許多地質學家不屑一顧的電子郵件，並且對批評並不感到驚訝。他也收到了支援的資訊。“這些事情總是會惹惱一些喜歡現狀的人，”他說。“但這很好——這正是科學前進的方式。”墨菲同意，這篇論文將鼓勵其他人以完全不同的角度看待資料並進一步測試它。“它肯定讓我的頭腦飛速運轉，”他說。“我相信任何閱讀這篇論文的人都會這樣。無論它最終被證明是對還是錯，這都是一個重要的貢獻。”