A tudósok egy új elméletet javasolnak a kontinens kialakulására

A kratonokként ismert ősi, hatalmas kontinentális kéreg szakaszok évmilliárdokon keresztül stabilizálták a Föld kontinenseit a földtömeg változásai, a hegyek építésének és az óceánok fejlődésének köszönhetően. A Penn State tudósai egy új mechanizmust javasoltak, amely megmagyarázhatja a kratonok körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtti kialakulását, és rávilágít a Föld geológiai történetének régóta fennálló kérdésére.

A magazinban említett tudósok természet A kontinensek nem biztos, hogy stabil szárazföldként emelkedtek ki a Föld óceánjaiból, megkülönböztető vonásuk a gránitban gazdag felső kéreg. Ehelyett a friss kőzet szélnek és esőnek mintegy 3 milliárd évvel ezelőtti kitettsége egy sor geológiai folyamatot indított el, amelyek végül stabilizálták a kérget – lehetővé téve, hogy a kéreg évmilliárdokig fennmaradjon anélkül, hogy megsemmisülne vagy helyreállna.

A tudósok szerint az eredmények újszerű megértést jelenthetnek a potenciálisan lakható Föld-szerű bolygók fejlődéséről.

A bolygófejlődésre gyakorolt ​​hatás

„Ahhoz, hogy olyan bolygót hozzunk létre, mint a Föld, kontinentális kérget kell létrehozni, és ezt a kérget stabilizálni kell” – mondta Jesse Remink, a Penn State Földtudományi adjunktusa és a tanulmány szerzője. „A tudósok azt gondolták, hogy ezek ugyanazok: a kontinensek stabilizálódtak, majd a tengerszint fölé emelkedtek, de mi azt mondjuk, hogy ezek a folyamatok különállóak.

A tudósok szerint a kratonok több mint 150 kilométerre, azaz 93 mérföldre nyúlnak el a Föld felszínétől a köpeny felső részéig, ahol úgy viselkednek, mint egy csónak gerince, és a geológiai idők során a tengerszinten vagy annak közelében tartják a kontinenseket.

Az időjárás végül a hőtermelő elemeket, például az uránt, a tóriumot és a káliumot koncentrálhatja a sekély kéregben, lehetővé téve a mélyebb kéreg lehűlését és megszilárdulását. Ez a mechanizmus egy vastag, szilárd kőzetréteget hozott létre, amely megvédhette a kontinensek fenekét a későbbi deformációtól, ami a kratonok sajátos jellemzője – mondták a tudósok.

Geológiai folyamatok és hőtermelés

„A kontinentális kéreg elkészítésének és stabilizálásának receptje szerint ezeket a hőtermelő elemeket – amelyeket mini-hőmotoroknak is felfoghatunk – a felszín közelében kell koncentrálni” – mondta Andrew Smee, a Penn State földtudományi adjunktusa és a tanulmány szerzője. tanulmány. Stady. „Minden alkalommal meg kell tenned kukorica Az urán, a tórium vagy a kálium bomlik, hő szabadul fel, ami növelheti a földkéreg hőmérsékletét. A forró furnér instabil, hajlamos a deformációra és nem marad a helyén.

Amikor a szél, az eső és a kémiai reakciók lebontották a kőzeteket a korai kontinenseken, az üledékek és agyagásványok patakokba és folyókba sodródtak, és a tengerbe kerültek, ahol palaszerű üledékes lerakódásokat hoztak létre, amelyek nagy koncentrációban tartalmaztak uránt, tóriumot és káliumot. . A tudósok azt mondták.

Ezek a gneisznek nevezett ősi metamorf kőzetek, amelyeket az Északi-sarkvidéken találtak, a kontinensek gyökereit képviselik, amelyek jelenleg a felszínen vannak. A tudósok szerint az ilyen típusú kőzetekbe ágyazott üledékes kőzetek hőmotort biztosítanak a kontinensek stabilizálásához. Kredit: Jesse Remink

A tektonikus lemezek ütközései ezeket az üledékes kőzeteket mélyen a földkéregbe temették, ahol a pala sugárzó hője megolvasztotta az alsó kérget. Az olvadt anyag lebeg, és visszaemelkedik a felső kéregbe, befogva a hőtermelő elemeket a kőzetekbe, például a gránitba, és lehetővé teszi az alsó kéreg lehűlését és megszilárdulását.

Feltételezik, hogy a kratonok 3 és 2,5 milliárd évvel ezelőtt keletkeztek, amikor a radioaktív elemek, például az urán körülbelül kétszer olyan gyorsan bomlott le, kétszer annyi hőt bocsátva ki, mint manapság.

Remink szerint a munka rávilágít arra, hogy az az idő, amikor a kratonok a korai Középföldén kialakultak, egyedülállóan alkalmasak voltak azokra a folyamatokra, amelyek a stabilitásukhoz vezethettek.

„Tekinthetjük ezt a bolygófejlődés kérdésének” – mondta Remink. „A kontinensek viszonylag korai megjelenése lehet az egyik kulcsfontosságú összetevő egy olyan bolygó létrehozásához, mint a Föld, mert nagyon forró radioaktív lerakódásokat hoz létre, és egy igazán stabil kontinentális kéreg-régiót hoz létre, amely a tengerszint közelében él. nagyszerű környezet az élet terjedéséhez.”

A kutatók több száz archean korszakból származó kőzetminták urán-, tórium- és káliumkoncentrációját elemezték, amikor a kratonok kialakultak, hogy a tényleges kőzetösszetétel alapján értékeljék a sugárzási hőtermelést. Ezeket az értékeket felhasználták a kratonképződés termikus modelljeinek létrehozásához.

„Korábban az emberek megvizsgálták és megvizsgálták a sugárzó hőtermelés időbeli változásának hatásait” – mondta Smay. „De a mi tanulmányunk összekapcsolja a kőzetalapú hőtermelést a kontinentális felbukkanással, az üledékképződéssel és a kontinentális kéreg differenciálódásával.”

A kratonok, amelyek jellemzően a kontinensek belsejében találhatók, tartalmazzák a Föld legrégebbi kőzeteit, de továbbra is nehéz tanulmányozni őket. A tektonikusan aktív területeken a hegyi öv kialakulása olyan kőzeteket hozhat a felszínre, amelyek mélyen a földben voltak eltemetve.

De a kratonok eredete mélyen a föld alatt marad és elérhetetlen. A tudósok elmondták, hogy a jövőbeni munkák során mintát vesznek a kratonok ősi belsejéből, és esetleg magmintákat fúrnak a modelljük tesztelésére.

„Ezek a metamorf üledékes kőzetek, amelyek megolvadtak, és gránitot termeltek, amely uránt és tóriumot koncentrált, olyanok, mint a feketedobozos repülésrögzítők, amelyek nyomást és hőmérsékletet rögzítenek” – mondta Smay. „Ha meg tudjuk nyitni ezt az archívumot, tesztelhetjük modellünk előrejelzéseit a kontinentális kéreg útjáról.”

Hivatkozás: „Szubaerial időjárási stabilizált kontinensek”, Jesse R. Remink és Andrew J. Sami, 2024. május 8. természet.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

A Penn State és az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványa finanszírozta ezt a munkát.