Artykuł ten został pierwotnie opublikowany pod adresem Rozmowa. Publikacja przyczyniła się do powstania artykułu na stronie Space.com Głosy ekspertów: op-ed i spostrzeżenia.
Słynne czerwone krajobrazy Australii były domem dla kultury Aborygenów i zostały nagrane w piosenkach dziesiątki tysięcy lat. Dalsze wskazówki na temat starożytności tego krajobrazu pochodzą jednak z daleka Ziemia: promienie kosmiczne które pozostawiają charakterystyczne odciski palców w minerałach na powierzchni Ziemi.
Pokazuje także, jak gigantyczny złoża minerałów uformowany. Produkty z tych złóż trafiają do ceramicznych przedmiotów codziennego użytku – niosą jednak ze sobą ukrytą historię krajobrazu.
Patrząc przez głęboki czas
Powierzchnia Ziemi stale się zmienia, pod wpływem przeciwstawnych sił erozji i podnieść konkurować rzeźbić otaczający nas krajobraz – jednym z przykładów są wznoszące się góry, które następnie ulegają zniszczeniu przez wietrzenie.
Aby zrozumieć dzisiejsze środowisko i przewidzieć jego reakcję na przyszłe zmiany, musimy wiedzieć, jak krajobrazy zachowywały się w głębokich okresach czasu – od milionów do miliardów lat temu.
Do tej pory bezpośredni pomiar zmian starożytnych krajobrazów był dużym wyzwaniem. Nowa technika wreszcie daje nam wgląd w odległą przeszłość powierzchni Ziemi.
Wiercąc bezpośrednio pod powierzchnię, odzyskaliśmy próbki, które odsłoniły starożytne plaże na obrzeżach Równina Nullarbor w południowej Australii.
Te zakopane linie brzegowe, położone obecnie ponad 100 kilometrów od oceanu, są świadkami niezwykłych przemian krajobrazu. To było niegdyś dno morskie, później las z gigantycznymi kangurami drzewnymi i lwami torbaczami, a dziś jest jednym z najbardziej płaskich i najsuchszych miejsc na Ziemi.
Te starożytne plaże zawierają niezwykle duże ilości cyrkonu, minerału uwielbianego przez geologów, ponieważ jest to… solidna kapsuła czasu. Wewnątrz tych maleńkich kryształków o szerokości ludzkiego włosa kryje się kosmiczny sekret.
Polowanie na kosmogeniczny krypton
Ziemia jest nieustannie bombardowana promieniami kosmicznymi – wysokoenergetycznymi cząsteczkami powstającymi w przestrzeni kosmicznej podczas eksplozji gwiazd. W odróżnieniu od większych meteoryty, które uderzyły w naszą planetępromienie kosmiczne są mniejsze niż atomy. Kiedy jednak uderzają w atomy minerałów w pobliżu powierzchni Ziemi, w wyniku mikroskopijnych „eksplozji” powstają nowe pierwiastki, zwane nuklidami kosmogenicznymi.
Pomiar tych nuklidów jest popularnym sposobem sprawdzenia, jak szybko zmienia się krajobraz. Jednak wiele nuklidów ma bardzo krótkotrwały charakter, co czyni je nieodpowiednimi do zrozumienia starożytnych krajobrazów.
Do naszych pomiarów użyliśmy kosmogeniczny krypton przechowywany w naturalnie występujących kryształach cyrkonu. Technika ta stała się możliwa dopiero niedawno dzięki postępowi technologicznemu. Działa, ponieważ krypton nie rozkłada się, ale zachowuje informacje przez dziesiątki, a nawet setki milionów lat.
Aby odblokować ten „kosmiczny zegar”, użyliśmy lasera do odparowania kilku tysięcy kryształów cyrkonu i zmierzyliśmy uwolniony z nich krypton. Im więcej kryptonu zawiera ziarno, tym dłużej musiało przebywać na powierzchni, zanim zostało przykryte młodszymi warstwami osadu.
Niezwykle stabilna kraina
Wyniki pokazują, że około 40 milionów lat temu, kiedy Australia była ciepła, mokra i pokryta bujnymi lasamikrajobrazy południowej Australii ulegały erozji niezwykle powoli – mniej niż jeden metr na milion lat.
Dzieje się to znacznie wolniej niż w regionach górskich, takich jak Andy w Ameryce Południowej czy Alpy Południowe w Nowej Zelandii. Jednak tempo erozji jest podobne do niektórych z najbardziej stabilnych obecnie regionów Ziemi, takich jak pustynia Atakama czy suche doliny Antarktydy.
Obliczyliśmy, że piaski plażowe bogate w cyrkon potrzebowały około 1,6 miliona lat, aby przemieścić się z miejsca erozji do ostatecznego miejsca pochówku na wybrzeżu. Podczas tego bardzo powolnego transportu osadów wiele mniej trwałych minerałów uległo stopniowemu rozkładowi lub rozpuszczeniu w wyniku wietrzenia. Pozostały najbardziej odporne minerały, takie jak cyrkon, które stopniowo ulegały koncentracji.
Z biegiem czasu ten naturalny proces filtrowania spowodował powstanie osadów piasku plażowego bardzo bogatych w cenną ekonomicznie cyrkon i inne stabilne minerały.
Wyniki ukazują także punkt zwrotny w ewolucji krajobrazu regionu. Po okresie względnej stabilności zmieniający się klimat, ruchy Ziemi i poziom mórz spowodowały szybszą erozję. Osady również zaczęły poruszać się szybciej.
Nowy kryształowy zegar
Ten „kosmiczny zegar” pomaga wyjaśnić bogactwo minerałów na obrzeżach Równiny Nullarbor, w tym największa na świecie kopalnia cyrkonu: Jacinth-Ambrosia. Kopalnia ta produkuje około jednej czwartej światowych dostaw cyrkonu.
Do produkcji ceramiki wykorzystuje się duże ilości cyrkonu, więc jest duże prawdopodobieństwo, że wielu z nas miało już kontakt z tymi minerałami, które przebywały na powierzchni Ziemi znacznie dłużej, niż istniał nasz własny gatunek.
Odczytując odciski palców promieni kosmicznych w cyrkonie, mamy teraz nowy zegar geologiczny do pomiaru starożytnych procesów zachodzących na powierzchni naszej planety.
Badanie współczesnych krajobrazów, w których można niezależnie mierzyć procesy powierzchniowe, pomoże udoskonalić i poszerzyć jego zastosowanie, ale potencjał jest ogromny. Ponieważ krypton i cyrkon są stabilne, technikę tę można zastosować do okresów historii Ziemi sprzed setek milionów lat.
Otwiera to możliwość badania reakcji krajobrazu na niektóre z największych wydarzeń w historii Ziemi, takie jak powstanie roślin lądowych około 500–400 milionów lat temu, co zmieniło powierzchnię i atmosferę planety.
W tym celu moglibyśmy przeanalizować kryształy cyrkonu zachowane w osadach rzecznych z tamtego okresu, co prawdopodobnie umożliwiłoby nam zmierzenie, jak silnie pojawienie się roślin lądowych zmieniło erozję, transport osadów i stabilność krajobrazu.
Ziemskie krajobrazy skrywają wspomnienia uwięzione w minerałach powstałych w wyniku promieni kosmicznych. Ucząc się czytać ten „kosmiczny zegar”, znaleźliśmy nowy sposób na zrozumienie historii kultowych krajobrazów. Być może, co ważniejsze, stanowi plan zmian, które mogą nadejść.
