Wetenschap
Onderzoek onthult een nieuw mechanisme om te verklaren hoe continenten zich stabiliseerden
Oude, uitgestrekte delen van de continentale korst, cratons genaamd, hebben ertoe bijgedragen dat de continenten van de aarde miljarden jaren stabiel zijn gebleven, zelfs als landmassa's verschuiven, bergen oprijzen en oceanen ontstaan. Een nieuw mechanisme voorgesteld door wetenschappers van Penn State zou kunnen verklaren hoe de cratons zo'n 3 miljard jaar geleden ontstonden, een blijvende vraag in de studie van de geschiedenis van de aarde.
De wetenschappers rapporteren in het tijdschrift Nature dat de continenten misschien niet uit de oceanen van de aarde zijn voortgekomen als stabiele landmassa's, waarvan het kenmerk een met graniet verrijkte bovenkorst is. Integendeel, de blootstelling van vers gesteente aan wind en regen ongeveer 3 miljard jaar geleden veroorzaakte een reeks geologische processen die uiteindelijk de korst stabiliseerden, waardoor de korst miljarden jaren kon overleven zonder te worden vernietigd of opnieuw te worden ingesteld.
De bevindingen kunnen een nieuw begrip vertegenwoordigen van hoe potentieel bewoonbare, aardachtige planeten evolueren, aldus de wetenschappers.
"Om een planeet zoals de aarde te maken, moet je een continentale korst maken, en die korst moet je stabiliseren", zegt Jesse Reimink, universitair docent geowetenschappen aan Penn State en auteur van het onderzoek. "Wetenschappers hebben dit als hetzelfde beschouwd:de continenten werden stabiel en kwamen vervolgens boven zeeniveau uit. Maar wat wij zeggen is dat deze processen gescheiden zijn."
Cratons strekken zich over een afstand van meer dan 150 kilometer uit van het aardoppervlak tot aan de bovenmantel – waar ze fungeren als de kiel van een boot en de continenten gedurende de geologische tijd op of nabij zeeniveau laten drijven, aldus de wetenschappers.
Door verwering kunnen uiteindelijk warmteproducerende elementen zoals uranium, thorium en kalium in de ondiepe korst zijn geconcentreerd, waardoor de diepere korst is afgekoeld en verhard. Dit mechanisme creëerde een dikke, harde laag gesteente die de bodems van de continenten mogelijk heeft beschermd tegen latere vervorming – een karakteristiek kenmerk van cratons, aldus de wetenschappers.
"Het recept voor het maken en stabiliseren van de continentale korst houdt in dat deze warmteproducerende elementen – die kunnen worden gezien als kleine warmtemotoren – zeer dicht bij het oppervlak worden geconcentreerd", zegt Andrew Smye, universitair hoofddocent geowetenschappen aan Penn State en auteur van het boek. studie. "Dat moet je doen, want elke keer dat een atoom uranium, thorium of kalium vervalt, komt er warmte vrij die de temperatuur van de korst kan verhogen. Hete korst is onstabiel:het is vatbaar voor vervorming en blijft niet hangen." /P>
Toen wind, regen en chemische reacties op de vroege continenten gesteenten afbraken, werden sedimenten en kleimineralen in beken en rivieren gespoeld en naar de zee getransporteerd, waar ze sedimentaire afzettingen creëerden, zoals schalie, met hoge concentraties uranium, thorium en kalium. zeiden wetenschappers.
Botsingen tussen tektonische platen begroeven deze sedimentaire gesteenten diep in de aardkorst, waar radiogene hitte die vrijkwam door de schalie het smelten van de onderste korst veroorzaakte. De smeltingen waren drijvend en stegen terug naar de bovenste korst, waarbij de warmteproducerende elementen daar in rotsen als graniet werden opgesloten en de onderste korst kon afkoelen en uitharden.
Er wordt aangenomen dat kratons tussen de 3 en 2,5 miljard jaar geleden zijn ontstaan – een tijd waarin radioactieve elementen zoals uranium ongeveer twee keer zo snel zouden zijn vergaan en twee keer zoveel warmte zouden hebben vrijgemaakt als vandaag.
Het werk benadrukt dat de tijd waarin de kratons zich op de vroege Midden-Aarde vormden, bij uitstek geschikt was voor de processen die er mogelijk toe hebben geleid dat ze stabiel zijn geworden, aldus Reimink.
"We kunnen dit beschouwen als een planetaire evolutievraag", zei Reimink. ‘Een van de belangrijkste ingrediënten die je nodig hebt om een planeet als de aarde te maken, zou het ontstaan van continenten kunnen zijn, relatief vroeg in zijn levensduur. Omdat je radioactieve sedimenten gaat creëren die erg heet zijn en die een heel stabiel stuk continentale korst produceren. dat rond de zeespiegel leeft en een geweldige omgeving is voor de voortplanting van leven."
De onderzoekers analyseerden de uranium-, thorium- en kaliumconcentraties van honderden monsters van gesteenten uit de Archeïsche periode, toen de kratons ontstonden, om de radiogene warmteproductiviteit te beoordelen op basis van feitelijke gesteentesamenstellingen. Ze gebruikten deze waarden om thermische modellen van kratonvorming te maken.
"Eerder hebben mensen gekeken naar de effecten van veranderende radiogene warmteproductie in de loop van de tijd", zei Smye. "Maar onze studie koppelt de op rotsen gebaseerde warmteproductie aan de opkomst van continenten, de vorming van sedimenten en de differentiatie van de continentale korst."
Cratons worden doorgaans aangetroffen in het binnenland van continenten en bevatten enkele van de oudste rotsen op aarde, maar blijven een uitdaging om te bestuderen. In tektonisch actieve gebieden kan de vorming van berggordels rotsen naar de oppervlakte brengen die ooit diep onder de grond waren begraven.
Maar de oorsprong van de cratons blijft diep onder de grond en is ontoegankelijk. De wetenschappers zeiden dat toekomstig werk het bemonsteren van oude interieurs van kratons zal omvatten en misschien ook het boren van kernmonsters om hun model te testen.
"Deze gemetamorfoseerde sedimentaire gesteenten die zijn gesmolten en graniet hebben geproduceerd dat uranium en thorium concentreert, zijn als black box-vluchtrecorders die druk en temperatuur registreren", zei Smye. "En als we dat archief kunnen ontsluiten, kunnen we de voorspellingen van ons model voor de vliegroute van de continentale korst testen."