Zmenila sa rýchlosť tektonických platní za posledné tri miliardy rokov? Odpoveď má ďalekosiahle dôsledky, keďže dosková tektonika ovplyvnila všetko od prísunu živín životne dôležitých pre skorý život až po nárast kyslíka. Vieme, že vnútro Zeme bolo na začiatku svojej histórie oveľa teplejšie, ale obsahovalo dosky Pohybujte sa rýchlejšie Pretože najhorúcejší plášť bol rozmačkaný, alebo to bol najhorúcejší plášť Obsahujú menej vodyčo pomáha toku minerálov, spomaľuje platničky?

a Nová štúdia, pod vedením Dr. Jennifer Kasbaum z Yale University, zmerali staroveké magnetické polia a datovali horniny zo Západnej Austrálie, aby ukázali, že Pilbara Craton – raný kontinent – sa pohyboval vo veľkom klipe asi pred 2,7 miliardami rokov. Zatiaľ čo dnešný najrýchlejší pohyb dosky je asi 12 cm (4,7 palca) za rok sa Pilbara Craton pohyboval až o 64 cm (25 palcov) za rok.

Vzácna pamiatka z ranej Zeme

V archejskej ére, v čase oveľa bližšie k vytvoreniu našej slnečnej sústavy ako dnes, čadič vyžaroval nad tým, čo by neskôr bola Západná Austrália, rovnakým spôsobom ako v našej dobe. Island A Havaj dnes. Tektonické platne boli nehybné pomerne Novýa kontinenty boli v počiatočných štádiách toho, čo bolo veľmi veľa vodný svet. Vzduch bol bez kyslíka a najpokročilejší život prišiel vo forme mikrobiálnych spoločenstiev, ktoré sa dnes zachovali v megafosíliách známych ako „stromatolity. „

„Vieme, že Zem je čoraz teplejšia, takže to znamená, že konvekcia v plášti prebieha rýchlejšie?“ pýtali sa ich zarábajúci. „Plášťová konvekcia je základným procesom doskovej tektoniky.“

Kasbaum a kolegovia z Princetonu, Yale a MIT sa rozhodli dozvedieť sa o povahe archejskej doskovej tektoniky spárovaním presných údajov o vzniku starých čadičových láv s meraniami magnetického poľa Zeme, ktoré boli imobilizované v týchto bazaltoch, keď sa ochladzovali. Cieľom bolo vykresliť pohyb a rýchlosť Pilbary, keď sa vznáša nad zemským povrchom.

Keďže dosková tektonika sa na našej planéte z veľkej časti znovu objavila, archaické horniny sú pomerne vzácne a väčšina z nich je na tom po miliardách rokov tektonického zneužívania oveľa horšie. Pilbara však unikla zahrievaniu a deformácii, ktorou trpí väčšina ostatných archeanských hornín.

„Vďaka Bohu, že Pilbara prežila posledné štyri miliardy rokov histórie!“ Komentovali ich príjemcovia.

Projekt Lámač sŕdc

Kasbaumova štúdia trvala desaťročie. Datovanie hornín a magnetické analýzy boli usilovné, štrnásť týždňov odberu vzoriek a kempovania v austrálskom vnútrozemí v rokoch 2013 a 2014, po ktorých nasledovali roky laboratórnej práce. A všetko toto úsilie jej zanechalo niekoľko vzoriek, s ktorými mohla pracovať.

„Bol to trochu srdcervúci projekt z hľadiska geochronológie,“ povedala pre Ars.

Kasbaum potrebovala vzorky obsahujúce zirkónové kryštály pre techniku ​​datovania uránových olova, ale čadič nemal správnu chémiu pre zirkónový kryštál, takže potrebovala nájsť zirkón v popole, ktorý vybuchol zo súčasných sopiek, ktoré sa usadili na vrchole jednotlivých tokov čadiča. . Aj tam mala šťastie: neskôr sa zistilo, že väčšina zirkónov, ktoré našla, vybuchla skôr zo starodávnej žuly ako zo súčasných sopečných erupcií.

Nakoniec z 21 vrstiev popola medzi pyroklastickými tokmi, z ktorých sa odobrali vzorky, iba štyri poskytli relevantné dátumy: „Veľa práce, na ktorej nie je veľa čo ukázať,“ povedal Kasbaum. Tieto štyri dátumy však boli dostatočne presné na to, aby vysledovali pohyb Pilbary cez štyri časové body.

Odber vzoriek magnetických údajov bol rovnako únavný, ale priniesol viac výsledkov. Zahŕňalo to vŕtanie 846 valcov horniny zo 75 rôznych miest v lávovej postupnosti, povedal Kasbaum pre Ars, s použitím „motora reťazovej píly prispôsobeného na 1-palcový diamantový vrták.“ Rozhodujúce je, že predtým, ako sa ktorýkoľvek z týchto valcov odrezal od skalnatého povrchu, použili sa magnetické a slnečné kompasy na zaznamenanie ich presnej trojrozmernej orientácie.

Aby zistil starý smer magnetického poľa zachovaný vo vzorkách, Kasbaum ich analyzoval v komore chránenej pred všetkými vonkajšími magnetickými poľami, vrátane zemského, v laboratóriu paleomagnetizmu MIT. Magnetické pole vo vzorkách bolo detekované pomocou Vysoko citlivý magnetometer Založené na „chobotnici“ (supravodivé kvantové interferenčné zariadenie) ochladenej na -269 °C (-452 °F) tekutým héliom. Prístroj zaznamenal smer starovekého magnetického poľa a potom softvér zohľadnil orientáciu vzorky, keď bola zozbieraná, aby vypočítal zemepisnú šírku, keď sa láva ochladila.

Zemepisnú šírku (ako ďaleko na sever alebo na juh) možno určiť, pretože siločiary magnetického poľa Zeme sú horizontálne na rovníku, ale smerujú čoraz viac nadol, smerom na sever alebo juh. Bohužiaľ, technológia nám nemôže povedať zemepisnú dĺžku miesta (východ-západ).

predstavuje opotrebovanie

Pri veľmi starých horninách existuje riziko, že dátumy alebo magnetické pole sa vynulovali geologickými udalosťami za 2,7 miliardy rokov.

Na zistenie akejkoľvek zmeny v ich magnetickom poli Kasbaum zahrial vzorky a znovu ich analyzoval v 20 rôznych krokoch zvýšenia teploty, stále v tienenej komore, technikou, ktorá neodhalila žiadne pretlačenie magnetického poľa od prvého ochladenia lávy.

„Ak budete mať šťastie, všetci sa zoradia a dajú vám rovnaký smer,“ povedal Kasbaum.

Niektoré vzorky mali inú orientáciu poľa, ktorá sa odstránila, keď sa vzorky zahriali. Väčšina z nich však bola stabilizovaná zahrievacími krokmi, čo naznačuje, že smer starovekého magnetického poľa nebol resetovaný.

K datovaniu zirkónov použil Kasbaum hmotnostný spektrometer v Laboratórium TIMS z Princetonskej univerzity Vypočítať, kedy sa vytvorili kryštály zirkónu, na základe podielu rádioaktívne rozpadnutého uránu k olovu od kryštalizácie.

Tento rádioaktívny rozpad je emitovaný alfa častice ktoré poškodzujú štruktúru kryštálu zirkónu; V takýchto starovekých kryštáloch môže nahromadené poškodenie spôsobiť, že stratia olovo a vyhodia dátum. Aby sa tomu zabránilo, Kasbaum vybavil kryštály kyselinou, ktorá radšej zožrala poškodené časti kryštálu, pričom nepoškodené časti zostali nedotknuté. Ako poslednú kontrolu presnosti dátumov som nakreslil pomer medzi dvoma rôznymi izotopmi uránu a dvoma rôznymi izotopmi uránu na „ConcordiaGraf Ak dôjde k strate zvodu, údaje zo strany linky Concordia vypadnú.

„Každé zrnko v mojich údajoch sa prekrýva s linkou Concordia,“ povedal Kasbaum a vysvetlil, že dátumy neboli napadnuté.

rýchly panel

Kombinované údaje ukazujú, že Pilbara prešla zo zemepisnej šírky asi 51 stupňov na 68, potom 76 a späť na 49 stupňov v období 10 miliónov rokov medzi 2,772 a 2,762 miliardami rokov.

Z údajov je možné extrapolovať rýchlosť platne už od 23 cm pa, čo si však vyžaduje rotáciu pre väčšinu pohybu platne, po ktorej nasleduje prudká zmena smeru na konci sekvencie. Aj keby to bola pravda, táto rýchlosť by prekročila dnešnú najvyššiu rýchlosť asi 12 cm za roka presahuje Indiu 18 cm za rok Predtým, ako sa zrútila do Ázie, najrýchlejší pohyb platní za posledných 200 miliónov rokov.

napriek rotácia na tektonických platniach dochádza k zmenám smeru, Pohyb platní za poslednú miliardu rokov Väčšinou sa unášal priamejšie na povrchu planéty a zdá sa rozumné očakávať, že Pilbara by urobila to isté bez náhlej zmeny smeru. Ak áno, pokračoval by cez pól, aby dosiahol poslednú zemepisnú šírku v poradí, čím by sa dosiahol vyšší odhad 64 cm za rok.

„A je šialene rýchly!“ Povedal, že ich vyhrali. Ale aj to môže byť podcenenie.

Je to preto, že vieme len to, ako ďaleko na sever alebo na juh je umiestnenie, ale nič o pohybe na východ alebo západ. „Tvrdenie, že panely nikdy nemenia poludníky, je jednoznačne nesprávne,“ povedal Kasbaum. Keďže je veľmi nepravdepodobné, že by sa Pilbara pohybovala čisto v smere sever-juh a mohla cestovať trochu diagonálne, mohla prejsť väčšiu vzdialenosť, a teda sa pohybovala rýchlejšie ako 64 cm za rok.

Táto rýchlosť je tiež oveľa rýchlejšia ako pohyb Pilbary pred 400 miliónmi rokovčo naznačuje, že rýchlosť tektonických platní nebola na ranej Zemi rovnomerná, rovnako ako nie je jednotná ani dnes.

Profesor Alan Collins z University of Adelaide, ktorý nebol zapojený do Kasbaumovej štúdie, povedal Arsovi: „Casbaum a spoluautori vytvorili pozoruhodnú štúdiu…ktorá výrazne zlepšuje presnosť a presnosť datovania a starovekého magnetizmu…ktorá dosahuje úroveň je možné vypočítať implicitnú rotáciu a bočný posun.“ .

Stav ranej Zeme

Kasbaum tiež zistil, že magnetické pole Zeme sa medzi 2,772 a 2,721 miliardami rokov obrátilo najmenej štyrikrát. „Zdá sa, že máme dôkaz, že magnetické pole sa v tomto časovom období obrátilo… v súlade so spôsobom, akým sa magnetické pole v súčasnosti správa,“ povedal Kasbaum.

Iné štúdie Tvrdil, že obrátenie magnetického poľa znamenalo, že magnetické pole Zeme v tom čase malo byť také, ako dnes, so severným a južným magnetickým pólom, každý so stredom približne na osi rotácie Zeme, a nie s nepárnym viacpólovým poľom. niektorí učenci Hádali sa za. Podobné magnetické pole naznačuje, že zemské jadro sa správalo ako dnes a že atmosféra bola už vtedy silne chránená pred eróziou slnečným vetrom.

Pokiaľ ide o vyriešenie otázky, či bol zemský plášť v archeánskom období viac hubovitý alebo tuhý, Collins poukazuje na potrebu podobných štúdií o inej starovekej doskovej tektonike. „Ak tieto odrážajú skutočný pohyb platní a na potvrdenie toho by boli potrebné paralelné štúdie z iných súčasných platní, potom je prekvapujúce, že pred 2,7 miliardami rokov sa rýchlosti platní objavili tak rýchlo,“ povedal. To môže odrážať zvýšenú konvekčnú silu v plášti [a] Zemské teplo. „

Prekambrický výskum, 2023. DOI: 10.1016/j.precamres.2023.107114