Zegary atomowe z rozbitych kryształów cyrkonu umożliwiają datowanie uderzeń asteroid
Krater uderzeniowy Chicxulub(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Kenny korzystał ze wsparcia indywidualnego stypendium przyznanego w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie). 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie). 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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.
