Научници предлажу нову теорију формирања континента

Нова студија истраживача са Пенн Стате-а сугерише да су кратони, древне структуре које стабилизују Земљине континенте, настале пре око 3 милијарде година кроз процесе покренуте атмосферским трошењем стена, а не само појавом стабилних копнених маса. Ово доводи у питање традиционалне погледе и има импликације на разумевање планетарне еволуције и услова који погодују животу.

Древни, огромни делови континенталне коре познати као кратони стабилизовали су Земљине континенте милијардама година кроз промене копнених маса, изградњу планина и развој океана. Научници Пенн Стејта предложили су нови механизам који би могао да објасни формирање кратона пре око 3 милијарде година, бацајући светло на дуготрајно питање у геолошкој историји Земље.

Научници поменути у часопису природа Континенти можда нису изашли из Земљиних океана као стабилна копнена маса, а њихова препознатљива карактеристика је горња кора богата гранитом. Уместо тога, изложеност свежег камена ветру и киши пре око 3 милијарде година покренула је низ геолошких процеса који су на крају стабилизовали кору – омогућавајући кору да преживи милијарде година без уништења или ресетовања.

Научници су рекли да налази могу представљати ново разумевање о томе како еволуирају потенцијално настањиве планете сличне Земљи.

Импликације за планетарну еволуцију

„Да бисте направили планету попут Земље, потребно је да направите континенталну кору и морате да стабилизујете ту кору“, рекао је Џеси Реминк, доцент за науке о Земљи у Пенн Стате-у и аутор студије. „Научници су мислили да је то иста ствар – континенти су постали стабилни, а затим изронили изнад нивоа мора, али оно што ми кажемо је да су ти процеси одвојени.

Научници су рекли да се кратони простиру више од 150 километара, или 93 миље, од површине Земље до горњег омотача, где се понашају као кобилица чамца, држећи континенте да плутају на нивоу мора или близу њега кроз геолошко време.

Временске прилике могу на крају да концентришу елементе који производе топлоту као што су уранијум, торијум и калијум у плиткој кори, омогућавајући дубљој кори да се охлади и учврсти. Овај механизам створио је дебео, чврст слој стене који је можда заштитио дно континената од каснијих деформација, што је карактеристична карактеристика кратона, рекли су научници.

Геолошки процеси и производња топлоте

„Рецепт за прављење и стабилизацију континенталне коре укључује концентрисање ових елемената за производњу топлоте — који се могу сматрати мини-топлотним моторима — близу површине“, рекао је Андрев Смее, доцент геонаука у Пенн Стате и аутор студије студија. Стади. „Морате то учинити сваки пут кукуруза Уранијум, торијум или калијум се распадају, ослобађајући топлоту која може повећати температуру Земљине коре. Топли фурнир је нестабилан, склон је деформацијама и неће остати на месту.

Када су ветар, киша и хемијске реакције разбиле стене на раним континентима, седименти и минерали глине су однели у потоке и реке и однели у море где су створили седиментне наслаге сличне шкриљцима које су садржале високе концентрације уранијума, торијума и калијума . Научници су рекли.

Ове древне метаморфне стене зване гнајс, пронађене на арктичкој обали, представљају корене континената који су сада изложени на површини. Научници су рекли да би седиментне стене умешане у ове врсте стена обезбедиле топлотни мотор за стабилизацију континената. Кредит: Јессе Реминк

Судари између тектонских плоча затрпали су ове седиментне стене дубоко у Земљиној кори где је радијативна топлота из шкриљаца истопила доњу кору. Истопљени материјал би плутао и подизао се назад до горње коре, задржавајући елементе који производе топлоту тамо у стенама као што је гранит, и омогућавајући доњој кори да се охлади и учврсти.

Сматра се да су кратони настали између 3 и 2,5 милијарде година, у време када су радиоактивни елементи као што је уранијум распадали брзином отприлике двоструко брже, дајући дупло више топлоте него данас.

Реминк је рекао да рад наглашава да је време када су се кратони формирали у раној Средњој Земљи било јединствено прилагођено процесима који су можда довели до њихове стабилности.

„О томе можемо размишљати као о питању планетарне еволуције“, рекао је Реминк. „Појава континената релативно рано у њиховом животном веку може бити један од кључних састојака који су вам потребни за стварање планете попут Земље јер ћете створити веома вруће радиоактивне наслаге и произвести заиста стабилан регион континенталне коре који живи близу нивоа мора. је одлично окружење за ширење живота.”

Истраживачи су анализирали концентрације уранијума, торијума и калијума из стотина узорака стена из архејске ере, када су се формирали кратони, да би проценили топлотну продуктивност зрачења на основу стварних састава стена. Они су користили ове вредности за креирање термичких модела формирања кратона.

„Раније су људи гледали и гледали ефекте промене производње топлоте током времена“, рекао је Смаи. „Али наша студија повезује производњу топлоте засновану на стенама са појавом континента, стварањем седимената и диференцијацијом континенталне коре.“

Кратони, који се обично налазе у унутрашњости континената, садрже неке од најстаријих стена на Земљи, али их је и даље тешко проучавати. У тектонски активним подручјима, формирање планинског појаса може довести на површину стене које су биле закопане дубоко у земљи.

Али порекло кратона остаје дубоко под земљом и неприступачно. Научници су рекли да ће будући рад укључивати узорковање древне унутрашњости кратона, а можда и бушење узорака језгра да би се тестирао њихов модел.

„Ове метаморфне седиментне стене које су се истопиле и произвеле гранит са концентрисаним уранијумом и торијумом су попут рекордера у црној кутији који бележе притисак и температуру“, рекао је Смеј. „Ако можемо да отворимо ову архиву, можемо тестирати предвиђања нашег модела о путу континенталне коре.

Референца: „Субаериал Веатхер Стабилисед Цонтинентс“ од Џесија Р. Реминк и Андрев Ј. Сами, 08.05.2024. природа.
дои: 10.1038/с41586-024-07307-1

Пенн Стате и Национална научна фондација САД обезбедили су средства за овај рад.