Bombardeo pesado tardío - Late Heavy Bombardment

Impresión artística de la Luna durante el intenso bombardeo tardío (arriba) y hoy (abajo)

El Bombardeo Pesado Tardío ( LHB ), o cataclismo lunar , es un caso hipotético cree que ocurrió aproximadamente 4,1 a 3,8 mil millones de años (GA) hace, a la vez que corresponde a la Neohadean y Era Eoarcaica épocas en la Tierra. Según la hipótesis, durante este intervalo, una cantidad desproporcionadamente grande de asteroides chocó con los primeros planetas terrestres del Sistema Solar interior , incluidos Mercurio , Venus , la Tierra y Marte . Desde 2018, se cuestiona la existencia del Bombardeo Intenso Tardío.

La evidencia del LHB se deriva de muestras lunares traídas por los astronautas del Apolo . La datación isotópica de las rocas lunares implica que la mayoría de los derretimientos por impacto se produjeron en un intervalo de tiempo bastante estrecho. Varias hipótesis intentan explicar el aparente aumento en el flujo de impactadores (es decir, asteroides y cometas ) en el interior del Sistema Solar, pero aún no existe consenso. El modelo de Niza , popular entre los científicos planetarios , postula que los planetas gigantes experimentaron una migración orbital y, al hacerlo, dispersaron objetos en el cinturón de asteroides , el cinturón de Kuiper o ambos en órbitas excéntricas y en el camino de los planetas terrestres. Otros investigadores argumentan que los datos de la muestra lunar no requieren un evento de cráteres cataclísmicos cerca de 3.9 Ga, y que la aparente agrupación de edades de derretimiento por impacto cerca de este momento es un artefacto de materiales de muestreo recuperados de una sola cuenca de impacto grande. También señalan que la tasa de formación de cráteres por impacto podría diferir significativamente entre las zonas exterior e interior del Sistema Solar.

Evidencia de un cataclismo

La principal evidencia de un cataclismo lunar proviene de las edades radiométricas de las rocas derretidas de impacto que se recolectaron durante las misiones Apolo. Se cree que la mayoría de estos derretimientos por impacto se formaron durante la colisión de asteroides o cometas de decenas de kilómetros de diámetro, formando cráteres de impacto de cientos de kilómetros de diámetro. Los sitios de aterrizaje del Apolo 15 , 16 y 17 se eligieron como resultado de su proximidad a las cuencas Imbrium , Nectaris y Serenitatis , respectivamente.

El aparente agrupamiento de edades de estos derretimientos de impacto, entre aproximadamente 3.8 y 4.1 Ga, llevó a la postulación de que las edades registran un intenso bombardeo de la Luna . Lo llamaron el "cataclismo lunar" y propusieron que representaba un aumento dramático en la tasa de bombardeo de la Luna alrededor de 3.9 Ga. Si estos derretimientos de impacto se derivaron de estas tres cuencas, entonces estas tres cuencas de impacto prominentes no solo se formaron dentro un breve intervalo de tiempo, pero también lo hicieron muchos otros basados ​​en motivos estratigráficos . En ese momento, la conclusión se consideró controvertida.

A medida que se dispone de más datos, particularmente de meteoritos lunares , esta hipótesis, aunque sigue siendo controvertida, se ha vuelto más popular. Se cree que los meteoritos lunares toman muestras al azar de la superficie lunar, y al menos algunos de estos deberían haberse originado en regiones alejadas de los sitios de aterrizaje del Apolo. Muchos de los meteoritos lunares feldespáticos probablemente se originaron en el lado lejano de la luna, y recientemente se han fechado los derretimientos de impacto dentro de estos. De acuerdo con la hipótesis del cataclismo, ninguna de sus edades fue mayor de aproximadamente 3.9 Ga. Sin embargo, las edades no se "agrupan" en esta fecha, sino que abarcan entre 2.5 y 3.9 Ga.

La datación de meteoritos de howardita , eucrita y diogenita (HED) y meteoritos de condrita H que se originan en el cinturón de asteroides revelan numerosas edades de 3.4 a 4.1 Ga y un pico anterior en 4.5 Ga. Se ha interpretado que las edades de 3.4 a 4.1 Ga representan un aumento en Las velocidades de impacto como simulaciones por computadora que utilizan hidrocódigo revelan que el volumen de fusión del impacto aumenta de 100 a 1000 veces a medida que aumenta la velocidad del impacto desde el promedio actual del cinturón de asteroides de 5 km / sa 10 km / s. Las velocidades de impacto superiores a 10 km / s requieren inclinaciones muy altas o las grandes excentricidades de los asteroides en las órbitas que cruzan planetas. Tales objetos son raros en el cinturón de asteroides actual, pero la población aumentaría significativamente por el barrido de resonancias debido a la migración de planetas gigantes.

Los estudios de la distribución del tamaño de los cráteres de las tierras altas sugieren que la misma familia de proyectiles golpeó Mercurio y la Luna durante el Bombardeo Intenso Tardío. Si la historia de la descomposición del bombardeo intenso tardío en Mercurio también siguió a la historia del bombardeo intenso tardío en la Luna, la cuenca grande más joven descubierta, Caloris , es comparable en edad a las cuencas lunares grandes más jóvenes, Orientale e Imbrium, y todas las Las unidades de llanuras tienen más de 3 mil millones de años.

Críticas a la hipótesis del cataclismo

Si bien la hipótesis del cataclismo se ha vuelto más popular recientemente, particularmente entre los dinámicos que han identificado las posibles causas de tal fenómeno, todavía es controvertida y se basa en suposiciones discutibles. Dos críticas son que (1) el "grupo" de edades de impacto podría ser un artefacto de muestreo de la eyección de una sola cuenca, y (2) que la falta de rocas fundidas de impacto de más de 4.1 Ga está relacionada con que todas esas muestras hayan sido pulverizadas , o sus edades se restablecen.

La primera crítica se refiere al origen de las rocas derretidas por impacto que se tomaron como muestra en los sitios de aterrizaje del Apolo. Si bien estos derretimientos de impacto se han atribuido comúnmente a haber sido derivados de la cuenca más cercana, se ha argumentado que una gran parte de estos podrían derivarse de la cuenca Imbrium. La cuenca de impacto de Imbrium es la más joven y más grande de las cuencas de anillos múltiples que se encuentran en el lado cercano central de la Luna, y el modelo cuantitativo muestra que cantidades significativas de eyección de este evento deberían estar presentes en todos los sitios de aterrizaje del Apolo. De acuerdo con esta hipótesis alternativa, el grupo de derretimiento de impacto envejece cerca de 3.9 Ga simplemente refleja el material que se recolecta de un solo evento de impacto, Imbrium, y no de varios. La crítica adicional también argumenta que el pico de edad de 3,9 Ga identificado en la datación de 40 Ar / 39 Ar también podría ser producido por una formación episódica temprana de corteza seguida de pérdidas parciales de 40 Ar a medida que disminuyó la tasa de impacto.

Una segunda crítica se refiere a la importancia de la falta de impacto de rocas fundidas mayores de aproximadamente 4,1 Ga. Una hipótesis para esta observación que no implica un cataclismo es que sí existieron antiguas rocas fundidas, pero que sus edades radiométricas se han restablecido por el continuo efectos de la formación de cráteres de impacto durante los últimos 4 mil millones de años. Además, es posible que todas estas muestras putativas pudieran haber sido pulverizadas a tamaños tan pequeños que es imposible obtener determinaciones de edad utilizando métodos radiométricos estándar. La última reinterpretación de las estadísticas de cráteres sugiere que el flujo en la Luna y en Marte puede haber sido menor en general. Por lo tanto, la población de cráteres registrada se puede explicar sin ningún pico en el primer bombardeo del Sistema Solar interior.

Consecuencias geológicas en la Tierra

Si realmente hubiera ocurrido un evento de cráteres cataclísmicos en la Luna, la Tierra también se habría visto afectada. La extrapolación de las tasas de cráteres lunares a la Tierra en este momento sugiere que se habría formado el siguiente número de cráteres:

  • 22.000 o más cráteres de impacto con diámetros> 20 km (12 mi),
  • unas 40 cuencas de impacto con diámetros de unos 1.000 km (620 mi),
  • varias cuencas de impacto con diámetros de aproximadamente 5,000 km (3,100 millas),

Antes de la formulación de la hipótesis LHB, los geólogos generalmente asumían que la Tierra permanecía fundida hasta aproximadamente 3.8 Ga. Esta fecha se podía encontrar en muchas de las rocas más antiguas conocidas de todo el mundo, y parecía representar un fuerte "punto de corte" más allá del cual No se pudieron encontrar rocas más antiguas. Estas fechas se mantuvieron bastante constantes incluso a través de varios métodos de datación, incluido el sistema considerado el más preciso y menos afectado por el medio ambiente, la datación de circonitas con uranio y plomo . Como se podían encontrar no hay rocas más antiguas, en general se supone que la Tierra se había quedado fundido hasta esta fecha, que define el límite entre la anterior Hadeano y más tarde Archean eones. No obstante, en 1999, la roca más antigua conocida en la Tierra tenía una antigüedad de 4.031 ± 0.003 mil millones de años, y es parte de la Acasta Gneiss del Slave Craton en el noroeste de Canadá.

Sin embargo, se pueden encontrar rocas más antiguas en forma de fragmentos de asteroides que caen a la Tierra como meteoritos . Al igual que las rocas de la Tierra, los asteroides también muestran un fuerte punto de corte, en aproximadamente 4,6 Ga, que se supone que es el momento en que se formaron los primeros sólidos en el disco protoplanetario alrededor del entonces joven Sol. El Hadeano, entonces, fue el período de tiempo entre la formación de estas primeras rocas en el espacio y la eventual solidificación de la corteza terrestre, unos 700 millones de años después. Esta vez incluiría la acumulación de planetas desde el disco y el lento enfriamiento de la Tierra en un cuerpo sólido a medida que se libera la energía potencial gravitacional de acumulación.

Cálculos posteriores mostraron que la tasa de colapso y enfriamiento depende del tamaño del cuerpo rocoso. Escalar esta tasa a un objeto de masa terrestre sugirió un enfriamiento muy rápido, que requirió solo 100 millones de años. La diferencia entre medición y teoría presentó un enigma en ese momento.

El LHB ofrece una posible explicación de esta anomalía. Bajo este modelo, las rocas que datan de 3.8 Ga se solidificaron solo después de que gran parte de la corteza fuera destruida por el LHB. Colectivamente, el Acasta Gneiss en el escudo cratónico de América del Norte y los gneis dentro de la porción de Jack Hills del Narryer Gneiss Terrane en Australia Occidental son los fragmentos continentales más antiguos de la Tierra, sin embargo, parecen ser posteriores al LHB. El mineral más antiguo hasta ahora fechado en la Tierra, un circón de 4.404 Ga de Jack Hills, es anterior a este evento, pero es probable que sea un fragmento de corteza que quedó de antes del LHB, contenido dentro de una roca mucho más joven (~ 3.8 Ga de edad).

El circón de Jack Hills condujo a una evolución en la comprensión del eón hadeano. Las referencias más antiguas generalmente muestran que la Tierra de Hadean tenía una superficie fundida con volcanes prominentes . El nombre "Hadean" en sí mismo se refiere a las condiciones "infernales" asumidas en la Tierra para la época, del griego Hades . La datación con circón sugirió, aunque de manera controvertida, que la superficie de Hadean era sólida, templada y cubierta por océanos ácidos. Esta imagen se deriva de la presencia de proporciones isotópicas particulares que sugieren la acción de la química basada en el agua en algún momento antes de la formación de las rocas más antiguas (ver Cool Early Earth ).

De particular interés, Manfred Schidlowski argumentó en 1979 que las proporciones isotópicas de carbono de algunas rocas sedimentarias encontradas en Groenlandia eran una reliquia de materia orgánica. Hubo mucho debate sobre la datación precisa de las rocas, con Schidlowski sugiriendo que tenían alrededor de 3.8 Ga de edad, y otros sugirieron un 3.6 Ga más "modesto". En cualquier caso, fue un tiempo muy corto para que hubiera tenido lugar la abiogénesis , y si Schidlowski estaba en lo cierto, posiblemente un tiempo demasiado corto. El Bombardeo Intenso Tardío y la "refundición" de la corteza que sugiere proporciona una línea de tiempo bajo la cual esto sería posible: la vida se formó inmediatamente después del Bombardeo Intenso Tardío, o más probablemente sobrevivió a él, habiendo surgido antes durante el Hadeano . Estudios recientes sugieren que las rocas que encontró Schidlowski son de hecho del extremo más antiguo del rango de edad posible en aproximadamente 3.85 Ga, lo que sugiere que la última posibilidad es la respuesta más probable. Los estudios de 2005, 2006 y 2009 no han encontrado evidencia de las proporciones de carbono isotópicamente livianas que fueron la base de las afirmaciones originales. Se ha sugerido que la vida podría haber sido transportada fuera de la Tierra debido a los impactos y el retorno y 'resembrar' la vida después de que el mundo se haya recuperado después de un impactador global, por lo que no solo reinicia la evolución, sino que también confiere potencialmente un efecto biológico particular que aumenta el estrés. capacidad de los organismos microbianos recogidos y, por tanto, su capacidad de supervivencia.

Más recientemente, un estudio similar de las rocas de Jack Hills muestra rastros del mismo tipo de indicadores orgánicos potenciales. Thorsten Geisler, del Instituto de Mineralogía de la Universidad de Münster, estudió trazas de carbono atrapado en pequeñas piezas de diamante y grafito dentro de circonitas que datan de 4.25 Ga. La proporción de carbono-12 a carbono-13 era inusualmente alta, normalmente un signo de " procesamiento "por la vida.

Los modelos informáticos tridimensionales desarrollados en mayo de 2009 por un equipo de la Universidad de Colorado en Boulder postulan que gran parte de la corteza terrestre y los microbios que viven en ella podrían haber sobrevivido al bombardeo. Sus modelos sugieren que aunque la superficie de la Tierra habría sido esterilizada, los respiraderos hidrotermales debajo de la superficie de la Tierra podrían haber incubado la vida al proporcionar un santuario para los microbios termófilos . En abril de 2014, los científicos informaron haber encontrado evidencia del mayor evento de impacto de meteorito terrestre hasta la fecha cerca del cinturón de Barberton Greenstone . Estimaron que el impacto ocurrió hace unos 3.260 millones de años y que el impactador tenía aproximadamente 37 a 58 kilómetros (23 a 36 millas) de ancho. El cráter de este evento, si aún existe, aún no se ha encontrado.

Posibles Causas

Migración de planetas gigantes

Simulación que muestra los planetas exteriores y el cinturón planetesimal: (a) Configuración inicial, antes de que Júpiter (verde) y Saturno (naranja) alcancen una resonancia de 2: 1; (b) Dispersión de planetesimales en el interior del Sistema Solar después del cambio orbital de Neptuno (azul oscuro) y Urano (azul claro); (c) Después de la expulsión de planetesimales por planetas.

En el modelo de Niza, el bombardeo intenso tardío es el resultado de una inestabilidad dinámica en el sistema solar exterior. Las simulaciones originales del modelo de Niza de Gomes et al. comenzó con los planetas gigantes del Sistema Solar en una configuración orbital apretada rodeados por un rico cinturón transneptuniano . Los objetos de este cinturón se desvían hacia órbitas que cruzan planetas, lo que hace que las órbitas de los planetas migren durante varios cientos de millones de años. Las órbitas de Júpiter y Saturno se separan lentamente hasta que cruzan una resonancia orbital de 2: 1 , lo que hace que aumenten las excentricidades de sus órbitas. Las órbitas de los planetas se vuelven inestables y Urano y Neptuno se dispersan en órbitas más amplias que interrumpen el cinturón exterior, provocando un bombardeo de cometas cuando entran en órbitas que cruzan planetas. Las interacciones entre los objetos y los planetas también impulsan una migración más rápida de las órbitas de Júpiter y Saturno. Esta migración hace que las resonancias recorran el cinturón de asteroides, aumentando las excentricidades de muchos asteroides hasta que ingresan al Sistema Solar interior e impactan los planetas terrestres.

El modelo Nice ha sufrido algunas modificaciones desde su publicación inicial. Los planetas gigantes ahora comienzan en una configuración de resonancia múltiple debido a una migración temprana impulsada por gas a través del disco protoplanetario. Las interacciones con el cinturón transneptuniano les permiten escapar de las resonancias después de varios cientos de millones de años. Los encuentros entre planetas que siguen incluyen uno entre un gigante de hielo y Saturno que impulsa al gigante de hielo a una órbita de cruce de Júpiter seguido de un encuentro con Júpiter que impulsa al gigante de hielo hacia afuera. Este escenario de salto de Júpiter aumenta rápidamente la separación de Júpiter y Saturno, limitando los efectos del barrido de resonancia en los asteroides y los planetas terrestres. Si bien esto es necesario para preservar las bajas excentricidades de los planetas terrestres y evitar dejar el cinturón de asteroides con demasiados asteroides de alta excentricidad, también reduce la fracción de asteroides eliminados del cinturón de asteroides principal, dejando una banda interior casi agotada. de asteroides como la fuente principal de los impactadores de la LHB. El gigante de hielo a menudo es expulsado después de su encuentro con Júpiter, lo que lleva a algunos a proponer que el Sistema Solar comenzó con cinco planetas gigantes . Sin embargo, trabajos recientes han encontrado que los impactos de este cinturón de asteroides interno serían insuficientes para explicar la formación de lechos de esférulas de impacto antiguas y las cuencas lunares, y que el cinturón de asteroides probablemente no fue la fuente del Bombardeo Intenso Tardío.

Formación tardía de Urano y Neptuno

Según una simulación planetesimal del establecimiento del sistema planetario, los planetas más externos, Urano y Neptuno, se formaron muy lentamente, durante un período de varios miles de millones de años. Harold Levison y su equipo también han sugerido que la densidad relativamente baja de material en el Sistema Solar exterior durante la formación de planetas habría ralentizado enormemente su acreción. Por lo tanto, se ha sugerido que la formación tardía de estos planetas es una razón diferente para la LHB. Sin embargo, los cálculos recientes de los flujos de gas combinados con el crecimiento descontrolado planetesimal en el Sistema Solar exterior implican que los planetas jovianos se formaron extremadamente rápido, del orden de 10 My, lo que no respalda esta explicación para el LHB.

Hipótesis del Planeta V

La hipótesis del Planeta V postula que un quinto planeta terrestre causó el Bombardeo Pesado Tardío cuando su órbita metaestable entró en el cinturón de asteroides interior. El hipotético quinto planeta terrestre, el Planeta V, tenía una masa de menos de la mitad de Marte y originalmente orbitaba entre Marte y el cinturón de asteroides. La órbita del planeta V se volvió inestable debido a las perturbaciones de los otros planetas internos, lo que provocó que se cruzara con el cinturón de asteroides interno. Después de encuentros cercanos con el Planeta V, muchos asteroides entraron en órbitas que cruzaban la Tierra, provocando el Bombardeo Intenso Tardío. El planeta V finalmente se perdió, probablemente hundiéndose en el Sol. En simulaciones numéricas, se ha demostrado que es necesaria una distribución desigual de asteroides, con los asteroides muy concentrados hacia el cinturón de asteroides interior, para producir el LHB a través de este mecanismo. Se ha propuesto una versión alternativa de esta hipótesis en la que los impactadores lunares son escombros resultantes del impacto del Planeta V con Marte, formando la Cuenca Borealis , para explicar un número bajo de cuencas lunares gigantes en relación con los cráteres y la falta de evidencia de impactadores cometarios.

Interrupción del asteroide que cruza Marte

Una hipótesis propuesta por Matija Ćuk postula que los últimos impactos de formación de cuencas fueron el resultado de la interrupción de la colisión de un gran asteroide que cruzaba Marte. Este asteroide del tamaño de Vesta era un remanente de una población que inicialmente era mucho más grande que el cinturón de asteroides principal actual. La mayoría de los impactos anteriores a Imbrium se habrían debido a estos objetos que cruzaban Marte, y el bombardeo inicial se extendió hasta hace 4.100 millones de años. Luego siguió un período sin muchos impactos formadores de cuencas, durante el cual el campo magnético lunar decayó. Luego, hace aproximadamente 3.900 millones de años, un impacto catastrófico interrumpió el asteroide del tamaño de Vesta, aumentando significativamente la población de objetos que cruzaban Marte. Muchos de estos objetos luego evolucionaron hacia órbitas que cruzaban la Tierra, produciendo un pico en la tasa de impacto lunar durante el cual se forman las últimas cuencas de impacto lunar. Ćuk señala el magnetismo residual débil o ausente de las últimas cuencas y un cambio en la distribución de frecuencia de tamaño de los cráteres que se formaron durante este bombardeo tardío como evidencia que apoya esta hipótesis. El momento y la causa del cambio en la distribución de frecuencia de tamaño de los cráteres es controvertido.

Otras fuentes potenciales

Se han investigado varias otras posibles fuentes del bombardeo intenso tardío. Entre estos se encuentran satélites terrestres adicionales que orbitan de forma independiente o como troyanos lunares, planetesimales que quedan de las formaciones de los planetas terrestres, coorbitales de la Tierra o Venus y la ruptura de un gran asteroide del cinturón principal. Se demostró que los satélites terrestres adicionales en órbitas independientes se capturaron rápidamente en resonancias durante la expansión orbital temprana de la Luna impulsada por las mareas y se perdieron o destruyeron en unos pocos millones de años Se descubrió que los troyanos lunares se desestabilizaron en 100 millones de años por una resonancia solar cuando La luna alcanzó los 27 radios terrestres. Se demostró que los planetesimales que quedaron de la formación de los planetas terrestres se agotaron demasiado rápido debido a colisiones y eyecciones para formar las últimas cuencas lunares. La estabilidad a largo plazo de los coorbitales primordiales de la Tierra o Venus (troyanos u objetos con órbitas en herradura) junto con la falta de observaciones actuales indican que es poco probable que hayan sido lo suficientemente comunes como para contribuir al LHB. Se descubrió que la producción del LHB a partir de la ruptura por colisión de un asteroide del cinturón principal requería como mínimo un cuerpo principal de 1000 a 1500 km con las condiciones iniciales más favorables. Los desechos producidos por colisiones entre planetas interiores, ahora perdidos, también se han propuesto como una fuente de LHB.

Exosistema con posible bombardeo intenso tardío

Se han encontrado pruebas de condiciones similares a los de los bombardeos intensos tardíos alrededor de la estrella Eta Corvi .

Ver también

Referencias

enlaces externos