Senoviniai didžiuliai žemyninės plutos ruožai, žinomi kaip kratonai, stabilizavo Žemės žemynus milijardus metų dėl žemės masės pokyčių, kalnų statybos ir vandenynų vystymosi. Penn State mokslininkai pasiūlė naują mechanizmą, kuris galėtų paaiškinti kratonų susidarymą maždaug prieš 3 milijardus metų, atskleisdamas ilgą Žemės geologijos istorijos klausimą.

Žurnale minimi mokslininkai gamta Žemynai galėjo atsirasti ne iš Žemės vandenynų kaip stabili sausumos masė, o jų skiriamasis bruožas yra granito turtinga viršutinė pluta. Vietoj to, naujų uolienų poveikis vėjui ir lietui maždaug prieš 3 milijardus metų sukėlė daugybę geologinių procesų, kurie ilgainiui stabilizavo plutą – leido plutai išlikti milijardus metų be sunaikinimo ar atstatymo.

Mokslininkai teigė, kad išvados gali parodyti naują supratimą apie tai, kaip vystosi potencialiai tinkamos gyventi į Žemę panašios planetos.

Poveikis planetų evoliucijai

„Norėdami sukurti tokią planetą kaip Žemė, turite sukurti žemyninę plutą ir ją stabilizuoti“, – sakė Jesse Remink, Penn State Žemės mokslų docentas ir tyrimo autorius. „Mokslininkai manė, kad tai yra tas pats dalykas – žemynai tapo stabilūs, o vėliau iškilo virš jūros lygio, bet mes sakome, kad tie procesai yra atskiri.

Mokslininkai teigė, kad kratonai tęsiasi daugiau nei 150 kilometrų arba 93 mylias nuo Žemės paviršiaus iki viršutinės mantijos, kur jie veikia kaip valties kilis, geologiniu laiku išlaikydami žemynus plūduriuojančius jūros lygyje arba netoli jo.

Dėl oro sąlygų seklioje plutoje ilgainiui gali sukoncentruoti šilumą gaminančius elementus, tokius kaip uranas, toris ir kalis, todėl gilesnė pluta gali atvėsti ir sukietėti. Šis mechanizmas sukūrė storą, tvirtą uolienų sluoksnį, kuris galėjo apsaugoti žemynų dugną nuo vėlesnės deformacijos – išskirtinio kratonų bruožo, teigia mokslininkai.

Geologiniai procesai ir šilumos gamyba

„Žemyninės plutos gaminimo ir stabilizavimo receptas apima šių šilumą gaminančių elementų, kurie gali būti laikomi mini šilumos varikliais, koncentravimą šalia paviršiaus“, – sakė Penn State geomokslų docentas Andrew Smee ir knygos autorius. studijuoti. Stady. „Tu turi tai daryti kiekvieną kartą kukurūzai Uranas, toris ar kalis skyla, išskirdami šilumą, kuri gali padidinti Žemės plutos temperatūrą. Karšta fanera yra nestabili, linkusi deformuotis ir neišsilaiko vietoje.

Kai vėjas, lietus ir cheminės reakcijos ardė uolienas ankstyvuosiuose žemynuose, nuosėdos ir molio mineralai dreifavo į upelius ir upes ir buvo nunešti į jūrą, kur susidarė į skalūnus panašias nuosėdines nuosėdas, kuriose buvo didelė urano, torio ir kalio koncentracija. . Mokslininkai sakė.

Šios senovės metamorfinės uolienos, vadinamos gneisu, aptinkamos Arkties pakrantėje, yra žemynų šaknys, kurios dabar yra paviršiuje. Mokslininkai teigė, kad nuosėdinės uolienos, įsiterpusios į šių tipų uolienas, suteiktų šilumos variklį žemynams stabilizuoti. Kreditas: Jesse Remink

Tektoninių plokščių susidūrimai palaidojo šias nuosėdines uolienas giliai žemės plutoje, kur spinduliuojanti skalūnų šiluma ištirpdė apatinę plutą. Išlydyta medžiaga plūduriuotų ir pakiltų atgal į viršutinę plutą, sulaikydama šilumą gaminančius elementus uolienose, pavyzdžiui, granite, o apatinei plutai leisdama atvėsti ir sukietėti.

Manoma, kad kratonai susiformavo prieš 3–2,5 milijardo metų, tuo metu, kai radioaktyvieji elementai, tokie kaip uranas, irdavo maždaug dvigubai greičiau, išskirdami dvigubai daugiau šilumos nei šiandien.

Reminkas teigė, kad darbe pabrėžiama, kad laikas, kai ankstyvojoje Vidurio Žemėje susiformavo kratonai, buvo išskirtinai pritaikytas procesams, kurie galėjo lemti jų stabilumą.

„Galime apie tai galvoti kaip apie planetos evoliuciją“, – sakė Remink. „Žemynų atsiradimas palyginti ankstyvas jų gyvavimo laikotarpis gali būti vienas iš pagrindinių ingredientų, kurių reikia norint sukurti tokią planetą kaip Žemė, nes sukursite labai karštas radioaktyvias nuosėdas ir sukursite tikrai stabilų žemyninės plutos regioną, kuris gyvena netoli jūros lygio. yra puiki aplinka gyvybei skleistis“.

Tyrėjai išanalizavo urano, torio ir kalio koncentracijas iš šimtų uolienų mėginių iš Archean eros, kai susiformavo kratonai, kad įvertintų spinduliuotės šilumos produktyvumą, pagrįstą faktinėmis uolienų sudėtimis. Jie panaudojo šias vertes kurdami kratono formavimosi terminius modelius.

„Anksčiau žmonės žiūrėjo ir žiūrėjo į spinduliuotės šilumos gamybos pokyčius laikui bėgant”, – sakė Smay. „Tačiau mūsų tyrimas sieja šilumos gamybą iš uolienų su žemyno atsiradimu, nuosėdų susidarymu ir žemyninės plutos diferenciacija.

Kratonuose, kurie paprastai randami žemynų viduje, yra keletas seniausių uolienų Žemėje, tačiau jas vis dar sunku ištirti. Tektoniškai aktyviose vietovėse formuojantis kalnų juostai į paviršių gali iškelti uolienas, kurios kažkada buvo palaidotos giliai Žemėje.

Tačiau kratonų ištakos tebėra giliai po žeme ir nepasiekiamos. Mokslininkai teigė, kad būsimas darbas apims senovės kratonų vidaus mėginių ėmimą ir galbūt šerdies mėginių gręžimą jų modeliui išbandyti.

„Šios metamorfinės nuosėdinės uolienos, kurios ištirpo ir gamino granitą, kuriame buvo koncentruotas uranas ir toris, yra tarsi juodosios dėžės skrydžio registratoriai, fiksuojantys slėgį ir temperatūrą“, – sakė Smay. „Jei galime atidaryti šį archyvą, galime išbandyti savo modelio prognozes apie žemyninės plutos kelionės kelią.

Nuoroda: „Subaerial Weathering Stabilized Continents“, autorius Jesse R. Reminkas ir Andrew J. Sami, 2024 m. gegužės 8 d. gamta.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State ir JAV Nacionalinis mokslo fondas finansavo šį darbą.