Er is een mysterie in het oude verleden van de aarde, en de aanwijzingen liggen in de woestijnrotsen van Australië en andere oude plaatsen.

De afgelopen eeuw heeft snelle vooruitgang geboekt in ons begrip van hoe de aarde is gevormd, en hoe de beweging van continenten door platentektoniek ons ​​land blijft vormen, oceanen en bergketens.

Maar geologen moeten het nog eens worden over één belangrijke vraag:hoe zag de aarde eruit voordat de platen werden gevormd?

Nieuw onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Geologie , ondersteunt de theorie dat de vroege aarde zeer vulkanisch actief was, en dat het bewijs van de gewelddadige overgang naar platentektoniek vandaag de dag nog steeds te zien is.

"Geologie is gebouwd op een idee, uniformitarisme, dat we geologische processen die tegenwoordig plaatsvinden kunnen bestuderen en deze kunnen gebruiken om te begrijpen hoe de aarde werkt op tijdschalen van miljoenen jaren, " zegt dr. Adam Beall, die de vroege dynamiek van de aarde bestudeerde tijdens zijn Ph.D. project aan de Universiteit van Melbourne.

"Deze methode mislukt wanneer we proberen de vroege aarde te begrijpen, omdat het warmer was en zich op een heel andere manier gedroeg. Geologen hebben de moeilijke taak om zich voor te stellen hoe de oudste continenten van de aarde zijn gevormd door processen die we niet langer kunnen waarnemen."

"Er zijn twee opvattingen, " zegt professor Louis Moresi, van de School of Earth Sciences aan de Universiteit van Melbourne.

"Een daarvan is dat er niet zoiets bestond als 'vóór de platentektoniek'. Er hing een stofwolk, jij hebt de aarde gevormd, en als het uitkristalliseert en vast wordt, krijg je meteen een vorm van platentektoniek.

"En dan is het andere paradigma dat de eerste miljard jaar of zo van de aarde in niets leek op moderne platentektoniek."

De aarde wordt voortdurend van binnenuit verwarmd door radioactiviteit, en deze warmte moet ergens heen. Platentektoniek, soms continentale drift genoemd, is de manier van de planeet om deze warmte vrij te geven.

"Met platentektoniek, het hele oceaanbekken rolt om, die de koude dingen van buiten in het interieur plaatst en de warme dingen van binnen op het oppervlak, zo haal je de energie eruit, ’ zegt professor Moresi.

Wetenschappers zijn het erover eens dat de vroege aarde heter en radioactiever was dan nu. Dus als er geen platentektoniek was, waar is al die hitte gebleven?

Geologen zochten elders in het zonnestelsel naar een alternatieve verklaring.

Io, een van de 69 manen van Jupiter, is de meest vulkanisch actieve plaats in het zonnestelsel, en professor Moresi zegt dat dit een model zou kunnen zijn voor de oude aarde.

"Op de maan Io, de warmte van binnen keert zichzelf vulkanisch naar buiten, dus je hebt eigenlijk deze eindeloze uitbarstingen van vulkanen."

deze theorie, die aan populariteit wint, heet de 'Heat-Pipe Earth'.

Professor Moresi en zijn collega's hebben een open source computermodel van de lithosfeer gebouwd, die de aardkorst en de bovenmantel bedekt, tot een diepte van ongeveer 200 kilometer, en dit was het perfecte hulpmiddel om de dood van de Heat-Pipe-aarde te modelleren.

Dr. Beall, tijdens zijn Ph.D. werk onder supervisie van professor Moresi en in samenwerking met universitair hoofddocent Katie Cooper van de Washington State University, dit programma gebruikt, genaamd onderwereld, om de overgang van de aarde naar platentektoniek te modelleren, gericht op de dunne laag massief gesteente - het 'Heat-Pipe-deksel' genoemd - dat het grootste deel van de Heat-Pipe-aarde zou hebben bedekt.

En daarmee hebben ze misschien een tweede geologisch mysterie opgelost:waarom zijn er delen van de aarde die niet worden beïnvloed door platentektoniek?

Terwijl het grootste deel van de aardkorst constant is verpletterd, gesmolten, opgetild en uitgehold door de acties van platentektoniek, sommige regio's, kratons genoemd, zijn in miljarden jaren niet veranderd. Voorbeelden van deze grote, meestal vlakke landvormen zijn te vinden in West-Australië, het Amazonebekken, Zuidelijk Afrika en delen van Canada.

"Platentektoniek creëert een enorme structuur zoals de Himalaya, maar uiteindelijk zal het gewoon wegeroderen, ’ zegt professor Moresi.

"En toch zitten deze kratons daar gewoon, en ze vervormen niet erg, en we kunnen nog steeds het origineel zien, bijna vier miljard jaar oude structuur op sommige plaatsen."

Delen van Australië zijn gebouwd van deze oude kratons, en ze zijn de bron van veel van onze minerale rijkdom, inclusief de enorme ijzerertsafzettingen in West-Australië.

Professor Moresi zegt dat de warmtepijptheorie verklaart hoe deze rotsen oorspronkelijk zijn gevormd, maar niet waarom ze zo sterk zijn.

Dikke lagen vulkanisch gesteente zijn in kaart gebracht, ter ondersteuning van het idee dat de cratonische korst aanvankelijk werd gevormd door vele vulkaanuitbarstingen. Maar professor Moresi zegt dat dit proces dunne rotslagen moet vormen, terwijl kratons erg dik zijn, meer dan 200 kilometer.

"Dus ze moeten gevormd zijn in een tijd waarin ze heel dik konden worden, en heel erg sterk, " hij zegt.

"De extreme dikte van deze oude kratons werd meer dan 50 jaar geleden voor het eerst voorgesteld, maar niemand heeft het mysterie kunnen oplossen waarom ze zo dik zijn, " zegt dr. Beall.

"Een paar jaar geleden, onze collega bij dit project, Universitair hoofddocent Katie Cooper, kwam met een hypothese dat de kratons waren verdikt toen koud mantelgesteente eronder was gezonken.

"Er is een ongewoon grote hoeveelheid zinkend mantelgesteente nodig en ik vroeg me af of dit zou kunnen worden veroorzaakt door de initiatie van platentektoniek, die catastrofaal zou zijn geweest en waarschijnlijk plaatsvond op een vergelijkbaar tijdstip als kratonvorming."

De onderzoekers testten dit idee met het computermodel. In de simulaties de cratons worden gevormd tijdens de gewelddadige overgang van heatpipe naar platentektoniek.

"Onze oplossing is vrij eenvoudig, ’ zegt professor Moresi.

"Tijdens de overgang naar platentektoniek, de aarde gaat door deze volledige omwenteling. Het heeft een miljard jaar lang veel energie opgeslagen, en dan wordt het allemaal in een korte tijd vrijgegeven. En je kunt in de video zien dat de platte dunne rots in deze zones wordt verfrommeld door deze zeer sterke, impulsief omvallen.

"En dat herhaalt zich niet, want als de platentektoniek eenmaal begint, is het een ander paradigma en bouw je die stress niet weer op.

"Dus in één actie creëer je deze ongelooflijk sterke rotsen die dan miljarden jaren meegaan."