Zegary atomowe z rozbitych kryształów cyrkonu umożliwiają datowanie uderzeń asteroid
Krater uderzeniowy Chicxulub, który znajduje się na półwyspie Jukatan w Meksyku, powstał 66 milionów lat temu. Wydarzenie, które do tego doprowadziło, wywołało masowe wymieranie w okresie kredy i paleogenu, w wyniku czego z powierzchni Ziemi zniknęło trzy czwarte organizmów żywych. Związek przyczynowo-skutkowy pomiędzy tym zderzeniem i masowym wymieraniem jest doskonale znanym faktem, jednak trzeba zadać sobie w tym momencie pytanie, czy także inne zdarzenia tego rodzaju zapoczątkowały kolejne fale wymierania gatunków? Dokładne i precyzyjne datowanie dużych kraterów może przyczynić się do lepszego zrozumienia związku między takimi zderzeniami a masowymi wymieraniami. W ramach unijnego projektu Crater Chron wykorzystano najnowszą wiedzę dotyczącą sposobów, w jaki sposób mineralny cyrkon (ZrSiO4) może posłużyć do określania czasu, w którym wystąpiło dane zderzenie. Dzięki temu mamy szansę precyzyjniej oszacować daty zdarzeń i określić ich skutki. „Udało się nam opracować stosunkowo ustandaryzowaną procedurę określania wieku zderzenia”, mówi główny badacz Gavin Kenny ze Szwedzkiego Królewskiego Muzeum Historii Naturalnej. Kenny korzystał ze wsparcia indywidualnego stypendium przyznanego w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. Jednym z przełomów w projekcie była integracja nowych danych pochodzących z datowania cyrkonu metodą uranowo-ołowiową (U-Pb) z publikowanymi wcześniej danymi uzyskanymi inną techniką datowania, metodą argonową, nazywaną także Ar-Ar. Jak wyjaśnia Kenny: „Datowanie typu Ar-Ar to potężne narzędzie wykorzystywane do badania zderzeń.To właśnie dlatego tak ważne było pokazanie, że obie te techniki mogą się wzajemnie uzupełniać i dać pełniejszy obraz historii samego zderzenia oraz stygnięcia krateru uderzeniowego, które mogło trwać dziesiątki, a nawet setki tysięcy lat”.
Łączenie technik, by uzyskać lepsze dane
W wyniku badań 23-kilometrowego krateru uderzeniowego Lappajärvi w Finlandii, badaczom skupionym wokół projektu udało się ustalić, że kryształy cyrkonu noszące ślady uderzenia pozwalają dokładniej określać wiek zderzenia, podczas gdy datowanie metodą Ar-Ar pozwala wskazać moment ochładzania się krateru. „Zrozumienie, czy datuje się faktyczne uderzenie, czy późniejsze ochłodzenie krateru, jest ważne, jeśli chcemy skorelować uderzenia z innymi ważnymi wydarzeniami z przeszłości Ziemi, takimi jak masowe wymierania”, dodaje Kenny. Cyrkon, który został poddany działaniu ekstremalnego ciśnienia i temperatury, jakie powstają w chwili zderzenia, odkształca się na wiele sposobów. Jednym z nich jest rekrystalizacja. Ziarno cyrkonu przed uderzeniem, które początkowo może mieć rozmiar około 100 mikrometrów (0,1 milimetra), może rekrystalizować w klaster składający się z setek lub tysięcy pojedynczych ziaren. W wyniku procesu ołów jest usuwany z pierwotnego kryształu i skutecznie przestawia zegar uranowo-ołowiowy na moment uderzenia. Do analizy zrekrystalizowanych części ziarna cyrkonu można zastosować techniki o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, co pozwala określić datę zdarzenia.
Wpływ zderzenia
Dokładniejsze datowanie może też pozwolić powiązać w czasie zderzenia z masowymi wymieraniami, a dzięki dodatkowym badaniom będzie można ustalić, w których warstwach osadowych mogą kryć się informacje o uderzeniu i jego potencjalnym wpływie na biosferę. „Datowanie uderzenia jest zwykle dobrym punktem wyjścia dla procesu badania, czy dany krater uderzeniowy może być związany z określonym wymieraniem”, zauważa Kenny. „Doszliśmy do wniosku, że mający średnicę około 80 kilometrów krater uderzeniowy Morokwenga w Afryce Południowej uformował się kilka milionów lat przed granicą jura-kreda. Wcześniejsze badania sugerowały możliwe nakładanie się granicy geologicznej i uderzenia, ale datowanie granicy przez innych badaczy w ostatnich latach i dane zebrane w kraterze uderzeniowym dowodzą obecnie, że te wydarzenia nie wystąpiły w tym samym czasie, w związku z czym nie mogły być ze sobą powiązane”.
Tajemnice Księżyca
W trakcie trwania prac prowadzonych w ramach projektu Crater Chron badacze zajęli się także badaniem wpływu ekstremalnych ciśnień i temperatur na inne minerały, takie jak apatyt. Zrozumienie, w jaki sposób apatyt reaguje na uderzenia jest kluczem do zrozumienia historii Księżyca i bliskich planet Układu Słonecznego – wszystko dlatego, że apatyt występuje dużo częściej niż cyrkon w skałach księzycowych. „Badania nad zderzeniami zachodzącymi na Księżycu i jego aktywnością wulkaniczną opierają się na apatycie, dlatego tak istotne jest zrozumienie, w jaki sposób zderzenie wpływa na »zegar« uranowo-ołowiowy tego kryształu”, wyjaśnia Kenny.
Słowa kluczowe
Crater Chron, zderzenie, datowanie, cyrkon, granica geologiczna, apatyt, U-Pb, datowanie Ar-Ar