Nowy sposób datowania kolizji między planetoidami i planetami w Układzie Słonecznym może pomóc naukowcom zrekonstruować historię powstawania planet.
Zespół naukowców kierowany przez University of Cambridge połączył datowanie uranowo-ołowiowe z analizą mikroskopową meteorytu Czelabińskiego, który spadł na Ziemię w 2013 roku, aby uzyskać dokładniejsze wyznaczenia czasu dawnych kolizji kosmicznych. Naukowcy badali, w jaki sposób minerały z grupy fosforanów znajdujące się w meteorycie Czelabińskim były z czasem uszkadzane przez kolejne uderzenia. To pozwoliło im zidentyfikować największe i najstarsze zdarzenia, do których dochodziło podczas powstawania planet, oraz zrekonstruować historię tych kolizji.
Badacze wykorzystali metodę datowania uranowo-ołowiowego, w skrócie U-Pb. Jest to jedna z najstarszych i najbardziej wyrafinowanych metod datowania radiometrycznego. Zasadza się ona na analizie dwóch oddzielnych łańcuchów rozpadu: szeregu uranowo-radowego, od 238U do 206Pb, z okresem półtrwania 4,47 miliarda lat i szeregu uranowo-aktynowego, od 235U do 207Pb, z okresem półtrwania 710 milionów lat. Metodę tę można wykorzystać do datowania skał, które uformowały się i skrystalizowały od około 1 miliona lat do ponad 4,5 miliarda lat temu. Dokładność otrzymanych datowań zawiera się w zakresie od 0,1 do 1%.
Na ilustracji: Przykład pęknięcia minerału z grupy fosforanów znajdującego się w meteorycie czelabińskim. Pęknięcie (fracture) zaznaczone jest przerywaną linią. Źródło: Craig Walton.
Na początku historii Układu Słonecznego planety, w tym Ziemia, powstawały w wyniku ogromnych zderzeń między planetoidami i jeszcze większymi ciałami, zwanymi protoplanetami. Ślady po tych prastarych kolizjach zostały jednak na planetach utracone. Zwłaszcza Ziemia ma w tym względzie „krótką pamięć”, ponieważ jej skały powierzchniowe są nieustannie odnawiane poprzez tektonikę płyt. Co innego planetoidy. One i ich fragmenty, które spadają na Ziemię jako meteoryty, są niezmienne i znacznie starsze niż cechy, które można na powierzchni naszej planety dostrzec. To czyni meteoryty wiernymi świadkami przeszłych wydarzeń.
Poprzednie datowanie meteorytu Czelabińskiego ujawniło dwa okresy, w których doświadczał on energetycznych zderzeń. Pierwsza seria kolizji miała miejsce około 4,5 miliarda lat temu. Do drugiej doszło w ciągu ostatnich 50 milionów lat. Te wyniki nie były jednak pewne. Podobnie jak obraz blaknący z czasem, kolejne zderzenia mogą zacierać niegdyś wyraźne ślady, prowadząc do niepewności dotyczącej wieku meteorytu, a nawet liczby zarejestrowanych uderzeń.
Nowe badanie ułożyło zderzenia, których doświadczał meteoryt Czelabiński, w kolejności czasowej, łącząc datowanie metodą uranowo-ołowiową z mikroskopowymi dowodami na rozgrzewanie skały wywołane tymi zderzeniami. Te mikroskopijne ślady są widoczne w strukturze krystalicznej meteorytu i gromadzą się w minerałach przy każdym kolejnym uderzeniu, co oznacza, że powiązane z nimi zderzenia można rozróżnić, uporządkować w czasie i datować.
Na ilustracji: Struktura próbki meteorytu czelabińskiego (a) wraz z interpretowaną historią formowania, zawierającą (b) topienie zderzeniowe, (c), krzepnięcie i (d) pękanie w późnym stadium. Zaznaczone są obszary o jasnej (light) i ciemnej (dark) barwie i cechach (lithology) wskazujących na zderzenia (shock) i topnienie (melt). Ziarna fosforanów (phosphate grain) są zaznaczone na różowo. Część skały niezmieniona przez uderzenie (host lithology) zaznaczona jest kolorem jasnoszarym. Strzałka pokazuje kierunek upływu czasu. Źródło: Craig Walton.
Naukowcy pokazali, że minerały zawierające ślady najstarszego zderzenia zostały albo rozbite na wiele mniejszych kryształów w wysokich temperaturach, albo silnie odkształcone pod wysokim ciśnieniem.
Zespół opisał również ziarna minerałów, które uległy pęknięciom przy mniej energetycznym uderzeniu, przy niższych ciśnieniach i temperaturach. Ta druga grupa cech jest młodsza. Ich wiek wynosi mniej niż 50 milionów lat. Odpowiedzialne za nie uderzenie prawdopodobnie oderwało meteoryt Czelabiński od jego macierzystej planetoidy i wysłało go w kierunku Ziemi. Wspiera to dotychczasową hipotezę dwustopniowej kolizji.
Naukowcy są jednak szczególnie zainteresowani starszym uderzeniem, tym sprzed 4,5 miliarda lat, ponieważ jest to mniej więcej czas, w którym, jak sądzimy, powstał układ Ziemia-Księżyc.
Na ilustracji: Fragment meteorytu Czelabińskiego o masie 112,2 grama (3,96 uncji), jeden z wielu znalezionych w ciągu kilku dni po wybuchu. Ten okaz został znaleziony między wioskami Deputatsky i Emanzhelinsk. Sześcian ma krawędź długości 1 cm. Źródło: Wikipedia.
Meteoryt czelabiński należy do grupy meteorytów kamiennych, z których wszystkie zawierają silnie rozbity i przetopiony materiał. Nowo uzyskane daty kolizji potwierdzają wcześniejsze sugestie, że wiele planetoid doświadczyło zderzeń o wysokiej energii między 4,48 a 4,44 miliarda lat temu. Fakt, że wszystkie planetoidy odnotowują intensywne topnienie w tym czasie, może wskazywać na reorganizację Układu Słonecznego, wynikającą z formowania się Ziemi i Księżyca lub z przemieszczeń planet-olbrzymów. W ten oto sposób badanie meteorytu Czelabińskiego może nam podpowiedzieć, jak powstała nasza własna planeta.
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Obraz w fałszywych kolorach pokazujące minerał fosforanowy wchodzący w skład meteorytu Czelabińskiego, który uległ ponownej krystalizacji po uderzeniu. Źródło: Craig Walton.
