Zespół badaczy poczynił postępy w zrozumieniu powstawania anortozytów typu masywnego, zagadkowych skał, które powstały tylko w środkowej części historii Ziemi. Te bogate w plagioklaz formacje skał magmowych, które mogą pokrywać obszary o powierzchni 42 000 kilometrów kwadratowych i zawierać złoża rudy tytanu, od dziesięcioleci stanowią zagadkę dla naukowców z powodu sprzecznych teorii na temat ich pochodzenia.
Nowe badanie opublikowane w Science Advances 14 sierpnia podkreśla skomplikowane powiązania między ewoluującym płaszczem i skorupą Ziemi a siłami tektonicznymi, które ukształtowały planetę w całej jej historii. Dostarcza również nowych sposobów na zbadanie, kiedy rozpoczęła się tektonika płyt, jak dynamika subdukcji działała miliardy lat temu i jak ewoluowała skorupa Ziemi.
Zespół badawczy pod przewodnictwem Duncana Kellera i Cin-Ty Lee z Rice'a badał anortozyty typu masywnego, aby przetestować koncepcje dotyczące magm, które je uformowały. Badania koncentrowały się na anortozytach Marcy i Morin, klasycznych przykładach z orogenu Grenville w Ameryce Północnej, które mają około 1,1 miliarda lat.
Analizując izotopy boru, tlenu, neodymu i strontu w skałach, a także przeprowadzając petrogenetyczne modelowanie, naukowcy odkryli, że magmy, które utworzyły te anortozyty, były bogate w stopione materiały pochodzące z oceanicznej skorupy zmienionej przez wodę morską w niskich temperaturach. Znaleźli również sygnatury izotopowe odpowiadające innym skałom strefy subdukcji, takim jak serpentynit abisalny.
„Nasze badania wskazują, że te gigantyczne anortozyty prawdopodobnie powstały w wyniku rozległego topnienia subdukowanej skorupy oceanicznej pod zbieżnymi krawędziami kontynentów” — powiedział Keller, adiunkt naukowy Clever Planets Postdoctoral Research Associate, Earth, Environmental and Planetary Sciences i główny autor badania. „Ponieważ płaszcz był w przeszłości cieplejszy, proces ten bezpośrednio łączy powstawanie anortozytów typu masywnego z ewolucją termiczną i tektoniczną Ziemi”.
Badanie, łączące klasyczne metody z nowatorskim zastosowaniem analizy izotopów boru w anortozytach typu masywnego, sugeruje, że skały te powstały podczas bardzo gorącej subdukcji, która mogła mieć miejsce miliardy lat temu.
Ponieważ obecnie na Ziemi nie powstają anortozyty typu masywnego, nowe dowody łączące te skały z bardzo gorącą subdukcją na wczesnej Ziemi otwierają nowe interdyscyplinarne podejście do zrozumienia, w jaki sposób skały te dokumentują fizyczną ewolucję naszej planety.
„Badania te poszerzają naszą wiedzę na temat starożytnych formacji skalnych i rzucają światło na szersze implikacje dla historii tektonicznej i termicznej Ziemi” – powiedział Lee, profesor geologii Harry’ego Carothersa Wiessa, profesor nauk o Ziemi, środowisku i planetach oraz współautor badania.
Pozostali współautorzy badania to: William Peck z Wydziału Geonauki o Ziemi i Środowisku na Uniwersytecie Colgate; Brian Monteleone z Wydziału Geologii i Geofizyki w Instytucie Oceanografii Woods Hole; Céline Martin z Wydziału Nauk o Ziemi i Planetach w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej; Jeffrey Vervoort ze Szkoły Ochrony Środowiska na Uniwersytecie Stanowym Waszyngtonu; i Louise Bolge z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty na Uniwersytecie Columbia.
Badanie zostało wsparte przez NASA i amerykańską Narodową Fundację Naukową.