Un nou studiu realizat de cercetătorii de la Penn State sugerează că cratonurile, structurile străvechi care stabilizează continentele Pământului, s-au format în urmă cu aproximativ 3 miliarde de ani prin procese inițiate de intemperii atmosferice a rocilor, nu doar de apariția unor mase de pământ stabile. Acest lucru provoacă opiniile tradiționale și are implicații pentru înțelegerea evoluției planetare și a condițiilor favorabile vieții.
Întinderi antice și vaste de crustă continentală cunoscute sub numele de cratoni au stabilizat continentele Pământului timp de miliarde de ani prin schimbări în masele de pământ, construcția munților și dezvoltarea oceanelor. Oamenii de știință de la Penn State au propus un nou mecanism care ar putea explica formarea cratonilor în urmă cu aproximativ 3 miliarde de ani, aruncând lumină asupra unei întrebări de lungă durată din istoria geologică a Pământului.
Oamenii de știință menționați în revistă natură Este posibil ca continentele să nu fi apărut din oceanele Pământului ca o masă de uscat stabilă, caracteristica lor distinctivă fiind o crustă superioară bogată în granit. În schimb, expunerea noilor roci la vânt și ploaie cu aproximativ 3 miliarde de ani în urmă a declanșat o serie de procese geologice care au stabilizat în cele din urmă crusta – permițând crustei să supraviețuiască miliarde de ani fără a fi distrusă sau resetată.
Oamenii de știință au spus că descoperirile ar putea reprezenta o nouă înțelegere a modului în care planetele potenţial locuibile, asemănătoare Pământului, evoluează.
Implicații pentru evoluția planetară
„Pentru a face o planetă precum Pământul, trebuie să faceți crustă continentală și trebuie să stabilizați acea crustă”, a spus Jesse Remink, profesor asistent de științe ale Pământului la Penn State și autor al studiului. „Oamenii de știință au crezut că acestea sunt același lucru – continentele au devenit stabile și apoi au apărut deasupra nivelului mării. Dar ceea ce spunem este că acele procese sunt separate.
Oamenii de știință au spus că cratonurile se extind pe mai mult de 150 de kilometri, sau 93 de mile, de la suprafața Pământului până la mantaua superioară, unde acționează ca chila unei bărci, menținând continentele să plutească la sau aproape de nivelul mării în timpul geologic.
Intemperii poate concentra în cele din urmă elemente producătoare de căldură, cum ar fi uraniul, toriu și potasiul în crusta de mică adâncime, permițând crustei mai adânci să se răcească și să se solidifice. Acest mecanism a creat un strat gros și solid de rocă care ar fi protejat fundul continentelor de deformarea ulterioară, o trăsătură distinctivă a cratonurilor, au spus oamenii de știință.
Procese geologice și producție de căldură
„Rețeta pentru fabricarea și stabilizarea crustei continentale implică concentrarea acestor elemente producătoare de căldură – care pot fi considerate mini-motoare termice – aproape de suprafață”, a spus Andrew Smee, profesor asistent de geoștiințe la Penn State și autor al studiului. studiu. Stai. „Trebuie să o faci de fiecare dată porumb Uraniul, toriul sau potasiul se descompune, eliberând căldură care poate crește temperatura scoarței terestre. Furnirul fierbinte este instabil, este predispus la deformare și nu va rămâne pe loc.
Când vântul, ploaia și reacțiile chimice au destrămat rocile de pe continentele timpurii, sedimentele și mineralele argiloase au plutit în râuri și râuri și au fost duse în mare, unde au creat depozite sedimentare asemănătoare șisturilor care conțineau concentrații mari de uraniu, toriu și potasiu. . Au spus oamenii de știință.
Aceste roci metamorfice antice numite gneiss, găsite pe coasta arctică, reprezintă rădăcinile continentelor expuse acum la suprafață. Oamenii de știință au spus că rocile sedimentare intercalate în aceste tipuri de roci ar oferi un motor termic pentru stabilizarea continentelor. Credit: Jesse Remink
Ciocnirile dintre plăcile tectonice au îngropat aceste roci sedimentare adânc în scoarța terestră, unde căldura radiativă din șisturi a topit scoarța inferioară. Materialul topit ar pluti și s-ar ridica înapoi în crusta superioară, prinzând acolo elementele producătoare de căldură în roci precum granitul și permițând crustei inferioare să se răcească și să se solidifice.
Se crede că cratonii s-au format între 3 și 2,5 miliarde de ani în urmă, o perioadă în care elementele radioactive, cum ar fi uraniul, se descompuneau cu o viteză de aproximativ două ori mai rapidă, degajând de două ori mai multă căldură decât în prezent.
Remink a spus că lucrarea evidențiază că perioada în care cratonii s-au format în Pământul de Mijloc timpuriu a fost potrivită în mod unic proceselor care ar fi putut duce la stabilitatea lor.
„Ne putem gândi la asta ca la o chestiune de evoluție planetară”, a spus Remink. „Apariția continentelor relativ devreme în durata lor de viață poate fi unul dintre ingredientele cheie de care aveți nevoie pentru a crea o planetă precum Pământul, deoarece veți crea depozite radioactive foarte fierbinți și veți produce o regiune cu adevărat stabilă a crustei continentale, care trăiește aproape de nivelul mării. este un mediu grozav pentru răspândirea vieții.”
Cercetătorii au analizat concentrațiile de uraniu, toriu și potasiu din sute de probe de rocă din epoca arheană, când s-au format cratoanele, pentru a evalua productivitatea căldurii radiative pe baza compozițiilor reale ale rocii. Ei au folosit aceste valori pentru a crea modele termice de formare a cratonului.
„Anterior, oamenii s-au uitat și s-au uitat la efectele schimbării producției de căldură radiantă în timp”, a spus Smay. „Dar studiul nostru leagă producția de căldură pe bază de rocă de apariția continentală, generarea de sedimente și diferențierea crustei continentale.”
Cratonurile, care se găsesc de obicei în interiorul continentelor, conțin unele dintre cele mai vechi roci de pe Pământ, dar rămân greu de studiat. În zonele active din punct de vedere tectonic, formarea unei centuri de munte poate aduce la suprafață roci care au fost odată îngropate adânc în Pământ.
Dar originile cratoanelor rămân adânc sub pământ și inaccesibile. Oamenii de știință au spus că lucrările viitoare vor include prelevarea de probe din interiorul antic al cratoanelor și, probabil, forarea de probe de miez pentru a testa modelul lor.
„Aceste roci sedimentare metamorfice care s-au topit și au produs granit care a concentrat uraniu și toriu sunt ca niște înregistratoare de zbor cutie neagră care înregistrează presiunea și temperatura”, a spus Smay. „Dacă putem deschide această arhivă, putem testa predicțiile modelului nostru privind traseul de călătorie a scoarței continentale”.
Referință: „Subaerial Weathering Stabilized Continents” de Jesse R. Remink și Andrew J. Sami, 8 mai 2024, natură.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1
Penn State și Fundația Națională pentru Știință din SUA au oferit finanțare pentru această lucrare.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”