数十亿年前，太阳系以外的强大力量可能塑造了我们今天脚下的大部分陆地。最近发表在《地质学杂志》上的一项研究提出，当早期太阳系穿过银河系的四个主要旋臂时，地球的大陆地壳经历了主要的增长爆发。银河系的穿梭触发了地球上的彗星雨，并且它们的巨大撞击形成了大量新的地壳。
“我们所站立的大陆地壳——地球上大部分生物质所在的地方——可能与宇宙有着根本的联系，这让我感到震惊，”澳大利亚科廷大学的地质学家、该论文的主要作者克里斯·柯克兰说。
柯克兰和他的同事将地壳增长的日期与银河系运动的时间相匹配——两者都大约每 1.7 亿到 2 亿年发生一次——并将该时间与彗星撞击联系起来，通过地面上的微量晶体和微小的玻璃珠，这些晶体和玻璃珠保留了碰撞的细节。 但该理论已被证明是有争议的。它获得了其他地质学家的支持，但也因忽视更简单的地球解释而受到批评。天文学家也挑剔了该理论的天体论证中的漏洞。
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尽管这项研究涵盖了银河系的尺度，但这项工作始于分析仅 100 微米宽的微小晶体。这些晶体沉淀在地球最早的大陆历史被保存下来的地方：格陵兰岛和澳大利亚的古老、稳定的地壳块。但它们曾经位于广阔、沸腾的地下岩浆海洋中，然后才向上移动——被困在一个喷涌到地表并硬化成新地壳的熔融体中。尽管经历了艰苦的旅程，这些晶体仍然精确地记录了它们的诞生。它们内部包含元素，例如铀，这些元素以时钟般的规律衰变，使科学家能够使用它们来追踪年龄。晶体中的其他元素标记了母岩浆的成分。
利用这些记录，柯克兰的团队推断，在大约 38 亿到 28 亿年前的时期，岩浆每 1.7 亿到 2 亿年刺穿地表并形成新的地壳。这种模式与地球穿过银河系旋臂的速度相匹配。但是，为什么这种银河尺度会印刻在地球上呢？
柯克兰和他的同事认为，当太阳系进入旋臂时，旋臂中增强的恒星密度会将彗星从奥尔特云中驱逐出来——奥尔特云是冰冷天体的巨大储藏库，可能延伸到太阳以外约 1.6 光年——将一些彗星送入朝向地球的内部轨道。轰击的彗星挖掘出地球表面巨大的体积，产生巨大的热量，但释放了下方的压力。“顶部的岩石部分有点像香槟塞或压力锅上的阀门，”科廷大学的地质学家、该论文的合著者蒂姆·约翰逊说。当压力下降时，这种变化降低了地幔的熔点，导致岩石形成大量的岩浆。然后，浮力岩浆上升到地表，在那里凝固成玄武岩，看起来很像夏威夷或冰岛的黑色岩石，尽管规模巨大。玄武岩非常厚（可能达数十公里），以至于底部非常热，迫使其再次融化并形成花岗岩——一种浅色岩石，非常具有浮力，可以漂浮在其他任何东西之上。
该理论的证据不仅可以在晶体中找到，还可以在称为球粒层的区域中找到。当彗星撞击地球时，被炸入大气层的超热沉积物融合为熔融雨，然后在地面上再次凝固成一层称为球粒的微小玻璃珠。该团队指出，大约在 34.5 亿年前和 32.5 亿年前发生的两个球粒层，与增强的地壳生产时间（来自晶体推导）以及太阳系进入旋臂的时间相吻合。
“这是一个 brilliant 的见解，”新斯科舍省圣弗朗西斯泽维尔大学的地质学家布伦丹·墨菲说，他研究全球构造，但未参与这项研究。“它肯定让我以一种我以前从未想过的方式思考早期地球。”
然而，其他科学家对此持怀疑态度。“对我来说，没有足够的证据支持如此非凡的解释，”中国科学院的地质学家罗斯·米切尔说，他没有参与这项研究。他担心只有两个球粒层与晶体数据相匹配，其中一个球粒层不在澳大利亚境内——这意味着时间可能毕竟不匹配。米切尔说，这也使得这篇论文站不住脚。“这就像试图在密西西比河三角洲上建造房屋，”他说。“也许当人们阅读你的论文时，它会持续一个月，但一两年后，那个地基可能会崩溃。”
米切尔还有另一个反对意见：科学家们不应该考虑非凡的想法，直到他们“排除简单的、无聊的想法”，他说。对于柯克兰团队归因于银河系力量的循环，他脑海中有一个无聊的解释：构成地球地壳的板块的 регулярные 运动。1.7 亿到 2 亿年的循环正是地壳板块从地表移动到地核-地幔边界（在众所周知的俯冲过程中）所需的时间量。然后，由于其他物质随着板块下沉而上升，因此很可能在同一时间段内地幔羽流上升并形成新的地壳。“如果我们已经有了来自地球自身循环的现成解释，我们真的需要前往星系的外部范围吗？”米切尔问道。
但柯克兰进行了反驳。他认为，在地球早期历史的这个阶段，俯冲尚未开始：地球太热了，地幔运动太剧烈，以至于地壳无法一直下沉到地核-地幔边界。墨菲对此表示赞同，他指出俯冲的起源是地质学中一个有争议的话题，许多研究人员认为它开始得较晚。另一方面，轰击肯定在早期就发生了。“当我们观察我们的天体邻居时，我们知道太阳系的早期历史是一个射击场，”他说。
然而，射击场由彗星组成的主张是该理论的另一个有争议的方面。从太阳系外围喷射出的彗星带着大量的能量到达，这将导致大量的熔化和新的地壳。但科学家们在内太阳系中没有看到太多彗星撞击的证据。相反，小行星——携带较少能量——是更典型的 incoming 天体。“所以，如果这真的发生了，这是一个几乎没有留下地质痕迹的过程，”科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家玛格丽特·兰迪斯说，她没有参与这项研究。
西南研究所的行星科学家比尔·博特克也同意彗星雨非常罕见。而且当它们确实发生时，彗星也很不可能撞击地球。虽然彗星雨确实是由经过的恒星扰乱内部奥尔特云而引发的，但这样的恒星必须相对接近我们的太阳才能发生彗星雨，而且这些事件发生得极其不频繁——即使在旋臂穿梭期间也是如此。“在科学中，雄心勃勃是值得的，但不能雄心勃勃到将数据推到超出可靠范围的地步，”兰迪斯说。
约翰逊说，他收到了许多地质学家不屑一顾的电子邮件，并且对批评并不感到惊讶。他也收到了支持的信息。“这些事情总是会惹恼一些喜欢现状的人，”他说。“但这很好——这正是科学前进的方式。”墨菲同意，这篇论文将鼓励其他人以完全不同的角度看待数据并进一步测试它。“它肯定让我的头脑飞速运转，”他说。“我相信任何阅读这篇论文的人都会这样。无论它最终被证明是对还是错，这都是一个重要的贡献。”