Kilka starożytnych kryształów cyrkonu znalezionych w RPA zawiera najstarsze dowody subdukcji, kluczowego elementu tektoniki płyt, zgodnie z nowym badaniem opublikowanym dzisiaj w AGU Advances, czasopiśmie AGU poświęconym szeroko zakrojonym, ogólnodostępnym badaniom i komentarzom w całej Europie. Nauki o Ziemi i kosmosie.
Te rzadkie kapsuły czasu z młodości Ziemi wskazują na przejście około 3,8 miliarda lat temu z długowiecznej, stabilnej powierzchni skały do aktywnych procesów, które kształtują dziś naszą planetę, dostarczając nowej wskazówki w gorącej debacie na temat powstania tektoniki płyt. ruch.
Skorupa ziemska i górna warstwa płaszcza tuż pod nią są rozbite na sztywne płyty, które poruszają się powoli po lepkich, ale ruchomych niższych warstwach skały płaszcza. Ciepło z jądra Ziemi napędza ten powolny, ale nieubłagany ruch, odpowiedzialny za wybuchy wulkanów, trzęsienia ziemi i wypiętrzenie łańcuchów górskich.
Szacunki, kiedy ten proces przyśpieszył i utworzyła się współczesna skorupa, wahają się od ponad 4 miliardów lat temu do zaledwie 800 milionów lat temu. Niepewność powstaje, ponieważ zapis geologiczny z młodości Ziemi jest skąpy, z powodu efektu recyklingu powierzchni samej tektoniki płyt. Prawie nic nie pozostało z Hadean Eon, pierwszych 500 milionów lat na Ziemi.
„Ziemia Hadean jest tym wielkim tajemniczym pudełkiem” – powiedziała Nadja Drabon, geolog z Uniwersytetu Harvarda i główna autorka nowego badania.
Małe kapsuły czasu
W ekscytującym kroku naprzód w rozwiązaniu tej zagadki, w 2018 roku Drabon i jej koledzy odkryli chronologiczną serię 33 mikroskopijnych kryształów cyrkonu z rzadkiego, starożytnego bloku skorupy w Pasie Barberton Greenstone w Południowej Afryce, który uformował się w różnych okresach 800 milionów lat, od 4,15 do 3,3 miliarda lat temu.
Cyrkon jest stosunkowo powszechnym minerałem pomocniczym w skorupie ziemskiej, ale starożytni przedstawiciele z Hadean Eon, 4 do 4,56 miliarda lat temu, są niezmiernie rzadcy, znajdowani tylko w 12 miejscach na Ziemi i zwykle w liczbie mniejszej niż trzy w każdym miejscu.
Izotopy hafnu i pierwiastki śladowe zachowane w cyrkoniach pasa Greenstone opowiadały historię o warunkach na Ziemi w czasie ich krystalizacji. Wydaje się, że cyrkonie mające 3,8 miliarda lat i młodsze uformowały się w skale doświadczając ciśnienia i topnienia podobnego do współczesnych stref subdukcji, co sugeruje, że skorupa mogła zacząć się poruszać.
„Kiedy mówię o tektonice płyt, mam na myśli konkretnie ustawienie łuku, kiedy jedna płyta przechodzi pod drugą i masz cały ten wulkanizm – pomyśl na przykład o Andach i Pierścieniu Ognia” – powiedział Drabon, opisując klasyczny przykład subdukcji.
„Po 3,8 miliarda lat następuje dramatyczna zmiana, w której skorupa ulega destabilizacji, powstają nowe skały i widzimy, że sygnatury geochemiczne stają się coraz bardziej podobne do tego, co widzimy we współczesnej tektonice płyt” – powiedział Drabon.
W przeciwieństwie do tego starsze cyrkonie zachowały dowody na globalną czapę „protoskorupy” pochodzącej z przetapiania skały płaszcza, która pozostawała stabilna przez 600 milionów lat.
Oznaki globalnej zmiany
Nowe badanie wykazało podobne przejście do warunków przypominających współczesną subdukcję w cyrkoniach z innych miejsc na świecie, datowanych na około 200 milionów lat od cyrkonii południowoafrykańskiej.
„Widzimy dowody na znaczącą zmianę na Ziemi około 3,8 do 3,6 miliarda lat temu, a ewolucja w kierunku tektoniki płyt jest jedną z wyraźnych możliwości”. – powiedział Drabon.
Chociaż nie są one rozstrzygające, wyniki sugerują, że globalna zmiana mogła się rozpocząć, powiedział Drabon, prawdopodobnie rozpoczynając i zatrzymując się w rozproszonych lokalizacjach, zanim osadzi się w wydajnym globalnym silniku stale poruszających się płyt, które widzimy dzisiaj.
Tektonika płyt kształtuje atmosferę Ziemi oraz jej powierzchnię. Uwalnianie gazów wulkanicznych i produkcja nowej skały krzemianowej, która pochłania duże ilości dwutlenku węgla z atmosfery, łagodzi duże wahania temperatury spowodowane zbyt dużą lub zbyt małą ilością gazów cieplarnianych.
„Bez całego recyklingu i tworzenia nowej skorupy, moglibyśmy przemieszczać się w tę iz powrotem od upału do mrozu” – powiedział Drabon. „To trochę jak termostat dla klimatu”.
Tektonika płyt była do tej pory obserwowana tylko na Ziemi i może być niezbędna do uczynienia planety zdatną do życia, powiedział Drabon, co sprawia, że początki ruchów płyt są przedmiotem zainteresowania badań nad wczesnym rozwojem życia.
„Dorobek, jaki mamy dla najwcześniejszej Ziemi jest naprawdę ograniczony, ale samo zobaczenie podobnego przejścia w tak wielu różnych miejscach sprawia, że naprawdę możliwe jest, że mogła to być globalna zmiana w procesach skorupy ziemskiej” – powiedział Drabon. „Jakaś reorganizacja miała miejsce na Ziemi”.