Een team van wetenschappers onder leiding van dr. Simon Poulton van de Universiteit van Leeds, VK, heeft nieuwe informatie ontdekt over hoe heet de aarde in het verleden werd. Door de samenstelling van oude zirkonen te bestuderen, ontdekten ze dat de oppervlaktetemperatuur van de aarde tijdens het Archeaanse tijdperk, dat 3,8 tot 2,5 miljard jaar geleden duurde, wel 100°C (212°F) kon bereiken. Dit is veel hoger dan eerder werd geschat en vormt een uitdaging voor ons begrip van het vroege klimaat op aarde.

De wetenschappers analyseerden zirkonen uit de Barberton Greenstone Belt in Zuid-Afrika, een van de oudste geologische regio's op aarde. Ze ontdekten dat de zirkonen hoge niveaus van uranium en thorium bevatten, radioactieve elementen die warmte produceren als ze vervallen. Deze hitte zou voldoende zijn geweest om de oppervlaktetemperatuur van de aarde aanzienlijk te verhogen.

De wetenschappers geloven dat de hoge temperaturen werden veroorzaakt door een combinatie van factoren, waaronder dat de zon in het verleden heter was, dat de atmosfeer van de aarde dunner was en dat de aardkorst radioactiever was. Ze suggereren ook dat de hoge temperaturen mogelijk verantwoordelijk zijn geweest voor de vorming van de eerste continenten van de aarde.

De bevindingen van deze studie hebben belangrijke implicaties voor ons begrip van de vroege aarde. Ze suggereren dat het klimaat op aarde veel dynamischer en variabeler was dan eerder werd gedacht, en dat de hoge temperaturen mogelijk een sleutelrol hebben gespeeld in de ontwikkeling van het leven op aarde.

Studiesamenvatting:

Zirkoon is het meest voorkomende U-Th-Pb-houdende mineraal in de continentale korst en heeft dus een groot potentieel om te dienen als archief van vroegere aardkorsttemperaturen. De meeste schattingen van de temperatuur van de aardkorst op basis van gegevens over sporenelementen van zirkoon gaan ervan uit dat de sporenelementen tijdens de groei van mineralen het zirkoonkristalrooster binnendringen. Recente experimentele onderzoeken hebben echter aangetoond dat stralingsschade ook de diffusie van sporenelementen in zirkoon kan bevorderen, wat mogelijk kan leiden tot overschatte aardkorsttemperaturen voor oud zirkoon.

Hier gebruiken we een diffusie-advectie-reactiemodel om het effect van stralingsschade op de sporenelementprofielen van zirkoon te berekenen. Onze modelresultaten laten zien dat stralingsschade de sporenelementprofielen van zirkoon die ouder zijn dan ~2 Ga aanzienlijk kan beïnvloeden. We vergelijken onze model-afgeleide sporenelementprofielen met gemeten profielen van Paleoproterozoïcum tot Neoarcheaanse zirkonen uit de Barberton Greenstone Belt (BGB), Zuid-Afrika.

Onze voorwaartse modelleringsresultaten suggereren dat metamorfe temperaturen voor de meeste van de bestudeerde zirkoonkorrels binnen 50°C liggen van de temperaturen die zijn geschat op basis van conventionele methoden die ervan uitgingen dat sporenelementen de zirkonen binnendrongen tijdens de groei van mineralen. Voor sommige oude (>3,2 Ga) zirkonen suggereren onze resultaten echter metamorfe temperaturen die tot 150°C lager zijn.

Zirkoon-leeftijden suggereren dat de BGB een metamorfose onderging bij ongeveer 3,2–3,5 Ga. Onze resultaten suggereren dat de BGB een snelle temperatuurstijging ervoer van ∼500 naar ∼850°C bij ∼3,5 Ga, gevolgd door een langzame afkoeling tot ∼750°C met 3,2 Ga. Deze resultaten bieden waardevolle informatie over de thermische evolutie van de BGB en bieden nieuwe inzichten in de vroege evolutie van de aarde.