Staroveké rozsiahle úseky kontinentálnej kôry známe ako kratóny stabilizovali zemské kontinenty na miliardy rokov prostredníctvom posunov v pevnine, budovaním hôr a vývojom oceánov. Vedci z Penn State navrhli nový mechanizmus, ktorý by mohol vysvetliť vznik kratónov asi pred 3 miliardami rokov, čím vrhli svetlo na dlhotrvajúcu otázku v geologickej histórii Zeme.

Vedci spomínali v časopise prírody Kontinenty sa možno nevynorili zo zemských oceánov ako stabilná pevnina, ich charakteristickým znakom je vrchná kôra bohatá na žulu. Namiesto toho vystavenie čerstvej horniny vetru a dažďu asi pred 3 miliardami rokov spustilo sériu geologických procesov, ktoré nakoniec stabilizovali kôru – čo umožnilo kôre prežiť miliardy rokov bez toho, aby bola zničená alebo resetovaná.

Vedci uviedli, že zistenia môžu predstavovať nové chápanie toho, ako sa vyvíjajú potenciálne obývateľné planéty podobné Zemi.

Dôsledky pre planetárny vývoj

„Ak chcete vytvoriť planétu ako Zem, musíte vytvoriť kontinentálnu kôru a túto kôru musíte stabilizovať,“ povedal Jesse Remink, odborný asistent vied o Zemi v Penn State a autor štúdie. „Vedci si mysleli, že ide o to isté – kontinenty sa stali stabilnými a potom sa vynorili nad hladinou mora, ale my hovoríme, že tieto procesy sú oddelené.“

Vedci uviedli, že kratóny siahajú viac ako 150 kilometrov alebo 93 míľ od zemského povrchu po horný plášť, kde pôsobia ako kýl lode a udržujú kontinenty plávajúce na hladine mora alebo blízko nej počas geologického času.

Poveternostné podmienky môžu nakoniec koncentrovať prvky produkujúce teplo, ako je urán, tórium a draslík, v plytkej kôre, čo umožní hlbšej kôre vychladnúť a stuhnúť. Tento mechanizmus vytvoril hrubú, pevnú vrstvu horniny, ktorá mohla chrániť dná kontinentov pred neskoršou deformáciou, čo je charakteristický znak kratónov, uviedli vedci.

Geologické procesy a výroba tepla

„Recept na výrobu a stabilizáciu kontinentálnej kôry zahŕňa sústredenie týchto prvkov produkujúcich teplo – ktoré možno považovať za mini-tepelné motory – blízko povrchu,“ povedal Andrew Smee, odborný asistent geovied na Penn State a autor knihy. štúdium. Stay. „Musíš to robiť zakaždým kukurica Urán, tórium alebo draslík sa rozkladá, pričom sa uvoľňuje teplo, ktoré môže zvýšiť teplotu zemskej kôry. Horúca dyha je nestabilná, je náchylná na deformáciu a nedrží na mieste.

Keď vietor, dážď a chemické reakcie rozbili horniny na raných kontinentoch, sedimenty a ílovité minerály sa dostali do potokov a riek a boli odnesené do mora, kde vytvorili bridlicové sedimentárne usadeniny, ktoré obsahovali vysoké koncentrácie uránu, tória a draslíka. . Povedali vedci.

Tieto staroveké metamorfované horniny nazývané rula, ktoré sa nachádzajú na pobreží Arktídy, predstavujú korene kontinentov, ktoré sú teraz vystavené na povrchu. Vedci uviedli, že sedimentárne horniny vložené do týchto typov hornín by poskytli tepelný motor na stabilizáciu kontinentov. Poďakovanie: Jesse Remink

Zrážky medzi tektonickými platňami pochovali tieto sedimentárne horniny hlboko v zemskej kôre, kde sálavé teplo z bridlíc roztavilo spodnú kôru. Roztavený materiál by sa vznášal a stúpal späť do hornej kôry, pričom by tam zachytával prvky produkujúce teplo v horninách, ako je žula, a umožňoval by spodnú kôru vychladnúť a stuhnúť.

Predpokladá sa, že kratóny vznikli pred 3 až 2,5 miliardami rokov, v čase, keď sa rádioaktívne prvky, ako napríklad urán, rozpadali približne dvakrát rýchlejšie a vydávali dvakrát toľko tepla ako dnes.

Remink povedal, že práca zdôrazňuje, že čas, keď sa kratóny vytvorili na začiatku Stredozeme, bol jedinečne vhodný pre procesy, ktoré mohli viesť k ich stabilite.

„Môžeme to považovať za záležitosť planetárneho vývoja,“ povedal Remink. „Vznik kontinentov v relatívne skorom štádiu ich života môže byť jednou z kľúčových zložiek, ktoré potrebujete na vytvorenie planéty ako Zem, pretože vytvoríte veľmi horúce rádioaktívne ložiská a vytvoríte skutočne stabilnú oblasť kontinentálnej kôry, ktorá žije blízko hladiny mora. je skvelým prostredím na šírenie života.“

Výskumníci analyzovali koncentrácie uránu, tória a draslíka zo stoviek vzoriek hornín z archejskej éry, keď sa tvorili kratóny, aby posúdili produktivitu sálavého tepla na základe skutočných zložení hornín. Tieto hodnoty použili na vytvorenie tepelných modelov tvorby kratónov.

„Predtým sa ľudia pozerali a pozerali na účinky zmeny produkcie sálavého tepla v priebehu času,“ povedal Smay. „Naša štúdia však spája produkciu tepla na báze horniny s kontinentálnym vznikom, tvorbou sedimentov a diferenciáciou kontinentálnej kôry.“

Kratóny, ktoré sa zvyčajne nachádzajú vo vnútri kontinentov, obsahujú niektoré z najstarších hornín na Zemi, ale stále je ťažké ich študovať. V tektonicky aktívnych oblastiach môže vznik horského pásu vyniesť na povrch horniny, ktoré boli pochované hlboko v zemi.

Ale pôvod kratónov zostáva hlboko pod zemou a je neprístupný. Vedci uviedli, že budúca práca bude zahŕňať odber vzoriek starovekého vnútra kratónov a možno aj vŕtanie vzoriek jadra na testovanie ich modelu.

„Tieto metamorfované sedimentárne horniny, ktoré sa roztopili a vytvorili žulu, ktorá koncentrovala urán a tórium, sú ako záznamníky letu v čiernej skrinke, ktoré zaznamenávajú tlak a teplotu,“ povedal Smay. „Ak dokážeme otvoriť tento archív, môžeme otestovať predpovede nášho modelu o ceste kontinentálnej kôry.“

Referencia: „Subaerial Weather Stabilized Continents“ od Jesse R. Remink a Andrew J. Sami, 8. mája 2024, prírody.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Financie na túto prácu poskytli Penn State a Americká národná vedecká nadácia.