Vědci navrhují novou teorii formování kontinentů

Starověké rozsáhlé úseky kontinentální kůry známé jako kratony stabilizovaly pozemské kontinenty po miliardy let prostřednictvím posunů v pevninské mase, budování hor a rozvoje oceánů. Vědci z Penn State navrhli nový mechanismus, který by mohl vysvětlit vznik kratonů asi před 3 miliardami let, a vrhl světlo na dlouhodobou otázku v geologické historii Země.

Vědci zmínili v časopise Příroda Kontinenty se možná nevynořily ze zemských oceánů jako stabilní pevnina, jejich charakteristickým rysem je svrchní kůra bohatá na žulu. Místo toho vystavení čerstvé horniny větru a dešti asi před 3 miliardami let spustilo řadu geologických procesů, které nakonec stabilizovaly kůru – umožnily kůře přežít miliardy let, aniž by byla zničena nebo resetována.

Vědci uvedli, že nálezy mohou představovat nové chápání toho, jak se vyvíjejí potenciálně obyvatelné planety podobné Zemi.

Důsledky pro planetární evoluci

„Abyste vytvořili planetu podobnou Zemi, musíte vytvořit kontinentální kůru a tuto kůru musíte stabilizovat,“ řekl Jesse Remink, odborný asistent pozemských věd na Penn State a autor studie. „Vědci si mysleli, že jde o totéž – kontinenty se ustálily a poté se vynořily nad hladinu moře, ale my říkáme, že tyto procesy jsou oddělené.

Vědci uvedli, že kratony sahají více než 150 kilometrů nebo 93 mil od zemského povrchu k hornímu plášti, kde působí jako kýl lodi a udržují kontinenty plovoucí na hladině moře nebo v její blízkosti během geologického času.

Zvětrávání může nakonec koncentrovat teplo produkující prvky, jako je uran, thorium a draslík, v mělké kůře, což umožní hlubší kůře vychladnout a ztuhnout. Tento mechanismus vytvořil silnou pevnou vrstvu horniny, která mohla chránit dna kontinentů před pozdější deformací, což je charakteristický rys kratonů, uvedli vědci.

Geologické procesy a výroba tepla

„Recept na výrobu a stabilizaci kontinentální kůry zahrnuje koncentraci těchto prvků produkujících teplo – které lze považovat za mini-tepelné motory – blízko povrchu,“ řekl Andrew Smee, odborný asistent geověd na Penn State a autor knihy. studie. Stay. „Musíš to udělat pokaždé.“ kukuřice Uran, thorium nebo draslík se rozkládají a uvolňují teplo, které může zvýšit teplotu zemské kůry. Horká dýha je nestabilní, je náchylná k deformaci a nedrží na místě.

Když vítr, déšť a chemické reakce rozbíjely horniny na raných kontinentech, sedimenty a jílové minerály se unášely do potoků a řek a byly unášeny do moře, kde vytvořily břidlicovité sedimentární usazeniny, které obsahovaly vysoké koncentrace uranu, thoria a draslíku. . Řekli vědci.

Tyto starověké metamorfované horniny zvané rula, nalezené na arktickém pobřeží, představují kořeny kontinentů, které jsou nyní vystaveny na povrchu. Vědci uvedli, že sedimentární horniny vložené do těchto typů hornin by poskytly tepelný motor ke stabilizaci kontinentů. Kredit: Jesse Remink

Srážky mezi tektonickými deskami pohřbily tyto sedimentární horniny hluboko v zemské kůře, kde sálavé teplo z břidlice roztavilo spodní kůru. Roztavený materiál by plaval a stoupal zpět k horní kůře, zachycoval tam prvky produkující teplo v horninách, jako je žula, a umožnil spodní kůře vychladnout a ztuhnout.

Předpokládá se, že kratony vznikly před 3 až 2,5 miliardami let, v době, kdy se radioaktivní prvky, jako je uran, rozkládaly asi dvakrát rychleji a vydávaly dvakrát více tepla než dnes.

Remink řekl, že práce zdůrazňuje, že doba, kdy se kratony formovaly v rané Středozemi, byla jedinečně vhodná pro procesy, které mohly vést k jejich stabilitě.

„Můžeme to považovat za záležitost planetární evoluce,“ řekl Remink. „Vznik kontinentů v relativně rané fázi jejich života může být jednou z klíčových složek, které potřebujete k vytvoření planety jako Země, protože vytvoříte velmi horká radioaktivní ložiska a vytvoříte skutečně stabilní oblast kontinentální kůry, která žije blízko hladiny moře. je skvělým prostředím pro šíření života.“

Vědci analyzovali koncentrace uranu, thoria a draslíku ze stovek vzorků hornin z archejské éry, kdy se kratony vytvořily, aby posoudili produktivitu sálavého tepla na základě skutečného složení hornin. Tyto hodnoty použili k vytvoření tepelných modelů tvorby kratonu.

„Dříve se lidé dívali a sledovali účinky změny produkce sálavého tepla v průběhu času,“ řekl Smay. „Ale naše studie spojuje produkci tepla na bázi hornin s kontinentálním vznikem, tvorbou sedimentů a diferenciací kontinentální kůry.“

Kratony, které se obvykle nacházejí ve vnitrozemí kontinentů, obsahují některé z nejstarších hornin na Zemi, ale jejich studium je stále obtížné. V tektonicky aktivních oblastech může vznik horského pásu vynést na povrch horniny, které byly pohřbeny hluboko v zemi.

Ale původ kratonů zůstává hluboko pod zemí a nepřístupný. Vědci uvedli, že budoucí práce bude zahrnovat odběr vzorků ze starověkého vnitřku kratonů a možná vrtání vzorků jádra pro testování jejich modelu.

„Tyto metamorfované sedimentární horniny, které se roztavily a vytvořily žulu, která koncentrovala uran a thorium, jsou jako záznamníky letu v černé skříňce, které zaznamenávají tlak a teplotu,“ řekl Smay. „Pokud dokážeme otevřít tento archiv, můžeme otestovat předpovědi našeho modelu o cestě kontinentální kůry.“

Reference: „Subaerial Weather Stabilized Continents“ od Jesse R. Remink a Andrew J. Sami, 8. května 2024, Příroda.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State a US National Science Foundation poskytly finanční prostředky na tuto práci.