Een nieuwe studie van wetenschappers van Scripps Institution of Oceanography aan UC San Diego en de Universiteit van Chicago werpt licht op een fel omstreden debat in de aardwetenschappen:wanneer begon plaatsubductie?

Volgens bevindingen gepubliceerd op 9 december in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , dit proces had 3,75 miljard jaar geleden kunnen beginnen, het aardoppervlak een nieuwe vorm geven en de weg vrijmaken voor een planeet die gastvrij is voor leven.

Voor geochemici zoals Scripps-assistent-professor en hoofdonderzoeksauteur Sarah Aarons, de aanwijzingen voor de vroegste bewoonbaarheid van de aarde liggen in de elementen waaruit oude rotsen zijn samengesteld, met name titanium. Aarons analyseerde monsters van de oudste bekende gesteenten van de aarde uit het Acasta Gneiss-complex in de Canadese toendra - een ontsluiting van gneis van 4,02 miljard jaar oud. Deze rotsen dateren uit de Hadeïsche eon, die begon aan het begin van de vorming van de aarde en werd bepaald door helse omstandigheden op een planeet die er vreemd uitziet voor onze moderne ogen.

Aarons' onderzoek richtte zich op isotopen, die variaties zijn van hetzelfde element op basis van het aantal neutronen dat ze hebben. Het nemen van de monsters van Acasta Gneiss geleverd door Jesse Reimink, een assistent-professor aan de Penn State University, ze verpletterde stukjes van de rots tot een poeder dat vervolgens werd verwarmd om een ​​glazen kraal te vormen, een proces dat het mogelijk maakt het titanium dat ze wilde analyseren op te lossen. Eenmaal afgekoeld, de kraal werd opgelost in zuur en het titaan werd chemisch gescheiden van andere elementen. Aarons was vervolgens in staat om de variaties van titaniumisotopen in het monster te bepalen met behulp van een massaspectrometer in het Origins-lab onder leiding van haar medewerker Nicolas Dauphas van de Universiteit van Chicago.

Aarons vergeleek deze monsters met nieuwere, moderne rotsen gevormd in subductiezones. In monsters van 3,75 miljard jaar oud, ze zag overeenkomsten in structuur en compositie met de moderne, wat suggereert dat plaatsubductie rond die tijd begon.

"Er is veel eerder werk aan deze rotsen gedaan om ze zorgvuldig te dateren, en bieden de geochemische en petrologische context, " zei Aarons. "We hadden veel geluk dat we de kans kregen om de samenstelling van titaniumisotopen te meten, een ontluikend isotopensysteem in deze monsters."

Het bestuderen van de geschiedenis en het ontstaan ​​van oude subductiezones is notoir moeilijk. Rotsen worden constant vernietigd als de korst naar binnen in de mantel wordt gedreven, met achterlating van enkele monsters die dateren uit de vroegste geschiedenis van de aarde. Wetenschappers hebben lang gedebatteerd wanneer platentektoniek en subductie begonnen, met schattingen variërend van 0,85 tot 4,2 miljard jaar geleden - meer dan tweederde van de geschiedenis van de planeet. Ontdekken wanneer plaatsubductie begon, betekent lokaliseren wanneer de aarde overging van een planeet die wordt gedomineerd door voorbijgaande landmassa's die door het oppervlak van de oceanen doordringen naar een planeet die bestaat uit langlevende continenten waar biogeochemische cycli op lange termijn worden gecontroleerd door vulkanische ontgassing en recycling naar het binnenste van de aarde.

Plaatsubductie vindt plaats wanneer oceanische korst en continentale korst botsen. Omdat continentale korst dikker en minder dicht is, oceanische korst wordt naar beneden geduwd in de aardmantel, met een gemiddelde snelheid van enkele centimeters per jaar. Dit contact met de mantel creëert gebieden die heet genoeg zijn om magma naar de oppervlakte te laten ontsnappen, het creëren van vulkanen zoals Mount St. Helens en andere langs de Pacific Rim.

Platentektoniek en subductiezones zijn verantwoordelijk voor het uiterlijk van de aarde, het aandrijven van de creatie van continentale platen en de bassins die zouden vullen om oceanen te worden. Ze zijn ook de primaire controle over de chemische eigenschappen van het oppervlak van de planeet, en zijn waarschijnlijk verantwoordelijk voor het vermogen van de aarde om leven in stand te houden. Deze tektonische zones zijn verantwoordelijk voor de vorming van opgekomen continenten en zorgen voor een belangrijke controle op het klimaat door de hoeveelheden broeikasgassen kooldioxide in de atmosfeer te reguleren.

In vier miljard jaar oude rotsmonsters, Aarons zag overeenkomsten met moderne rotsen die zijn gevormd in pluimomgevingen, zoals Hawaï en IJsland, waar een landmassa over een hete plek drijft. Echter, in gesteenten van 3,75 miljard jaar oud, ze merkte een trendverschuiving op naar gesteenten die worden gevormd in moderne subductiezones, wat suggereert dat rond die tijd in de geschiedenis van de aarde deze gebieden zich begonnen te vormen.

"Hoewel de trend in de titaniumisotoopgegevens geen bewijs levert dat platentektoniek wereldwijd plaatsvond, het duidt wel op de aanwezigheid van nat magmatisme, die op dit moment subductie ondersteunt, ' zei Aäron.