Starożytne krajobrazy Australii – dokumentowane przez tysiąclecia w pieśniach Aborygenów – odkrywają teraz jeszcze głębsze tajemnice dzięki nieoczekiwanemu źródłu: promieniom kosmicznym uwięzionym w kryształach mineralnych. Nowe badania opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences pokazują, w jaki sposób ten „kosmiczny zegar” może ujawnić ewolucję krajobrazów, od systemów rzecznych i linii brzegowych po powstawanie cennych złóż minerałów.
Głęboki czas i ciągle zmieniająca się powierzchnia Ziemi
Powierzchnia Ziemi jest polem bitwy pomiędzy erozją a wypiętrzeniem. Góry wznoszą się, a następnie upadają; linie brzegowe przesuwają się, a następnie cofają. Zrozumienie przebiegu tych procesów na przestrzeni milionów lub miliardów lat ma kluczowe znaczenie dla przewidywania reakcji krajobrazów na przyszłe zmiany, takie jak zmiany klimatyczne lub wahania poziomu morza. Bezpośredni pomiar ewolucji starożytnych krajobrazów był trudny – aż do teraz.
Naukowcy odzyskali próbki z zakopanych wybrzeży wzdłuż australijskiej pustyni Nularbor, ujawniając dramatyczną historię. Obszar ten był niegdyś dnem morskim, później był domem dla gigantycznych kangurów drzewnych i lwów torbaczy, a dziś jest jednym z najbardziej płaskich i suchych miejsc na Ziemi. Te starożytne plaże zawierają duże stężenie cyrkonu, minerału, który służy jako niezwykle stabilna kapsuła czasu.
Kosmiczny ślad: jak to działa
Ziemia jest nieustannie bombardowana promieniami kosmicznymi – wysokoenergetycznymi cząsteczkami pochodzącymi z eksplodujących gwiazd. Kiedy promienie te zderzają się z atomami minerałów w pobliżu powierzchni, mikroskopijne „eksplozje” tworzą nowe pierwiastki zwane nuklidami kosmogenicznymi. Pomiary tych nuklidów były od dawna wykorzystywane do oceny zmian w krajobrazie, ale wiele z nich rozpadało się zbyt szybko jak na starożytne skale czasowe.
W badaniu wykorzystano kosmogeniczny krypton przechowywany wewnątrz kryształów cyrkonu. Krypton nie rozkłada się, zachowując informacje przez setki milionów lat. Odparowując tysiące ziaren cyrkonu za pomocą lasera i mierząc uwolniony krypton, naukowcy ustalili, jak długo każdy kryształ przebywał na powierzchni, zanim został zakopany. Im więcej kryptonu, tym dłuższa ekspozycja.
Zaskakująco stabilna przeszłość Australii
Około 40 milionów lat temu południowa Australia była ciepła, wilgotna i zalesiona. Jednak krajobrazy ulegały erozji w wyjątkowo powolnym tempie, mniejszym niż jeden metr na milion lat. Jest to wolniejsze niż w dynamicznych regionach górskich, ale porównywalne z niektórymi z najbardziej stabilnych środowisk na Ziemi, takimi jak pustynia Atakama czy Antarktyda.
W badaniu śledzono także ruch piaszczystych plaż bogatych w cyrkon: jest to niezwykle powolny proces, trwający około 1,6 miliona lat od erozji do zakopania. Ten powolny ruch w naturalny sposób odfiltrował mniej trwałe minerały, koncentrując oporną cyrkonię. Wynik? Ekonomicznie cenne złoża, które są obecnie wykorzystywane w ceramice codziennego użytku.
Przyszłość badań krajobrazu
Ten „zegar kosmiczny” oferuje nowy sposób zrozumienia historii powierzchni Ziemi. Wyjaśniają bogactwo minerałów na pustyni Nularbor, w tym kopalnię Jacinth-Ambrosia, która dostarcza około 25% światowego rynku cyrkonu. Odczytując kosmiczne odciski palców w cyrkonie, naukowcy odkryli narzędzie geologiczne do pomiaru starożytnych procesów.
Technikę tę można ulepszyć, badając współczesne krajobrazy za pomocą niezależnie mierzonych procesów powierzchniowych, ale jej potencjał jest ogromny. Można je zastosować do okresów historii Ziemi sięgających setki milionów lat wstecz, potencjalnie ujawniając, w jaki sposób pojawienie się roślin lądowych zmieniło powierzchnię i atmosferę planety.
Krajobrazy Ziemi przechowują wspomnienia w minerałach utworzonych przez promienie kosmiczne. Ucząc się czytać ten „kosmiczny zegar”, zyskujemy nowe zrozumienie przeszłości i plan zmian, które mogą nadejść.
