Οι επιστήμονες προτείνουν μια νέα θεωρία για τον σχηματισμό των ηπείρων

Οι αρχαίες, τεράστιες εκτάσεις του ηπειρωτικού φλοιού, γνωστοί ως κρατώνες, έχουν σταθεροποιήσει τις ηπείρους της Γης για δισεκατομμύρια χρόνια μέσω μετατοπίσεων των χερσαίων μαζών, της κατασκευής βουνών και της ανάπτυξης των ωκεανών. Οι επιστήμονες του Penn State έχουν προτείνει έναν νέο μηχανισμό που θα μπορούσε να εξηγήσει τον σχηματισμό των κρατόνων πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια, ρίχνοντας φως σε ένα μακροχρόνιο ερώτημα στη γεωλογική ιστορία της Γης.

Επιστήμονες που αναφέρονται στο περιοδικό φύση Οι ήπειροι μπορεί να μην έχουν προκύψει από τους ωκεανούς της Γης ως σταθερή ξηρά, με το χαρακτηριστικό τους χαρακτηριστικό να είναι ένας πλούσιος σε γρανίτη ανώτερος φλοιός. Αντίθετα, η έκθεση νέων πετρωμάτων στον άνεμο και τη βροχή πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια πυροδότησε μια σειρά από γεωλογικές διεργασίες που τελικά σταθεροποίησαν τον φλοιό – επιτρέποντας στον φλοιό να επιβιώσει για δισεκατομμύρια χρόνια χωρίς να καταστραφεί ή να επαναρυθμιστεί.

Οι επιστήμονες είπαν ότι τα ευρήματα μπορεί να αντιπροσωπεύουν μια νέα κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξελίσσονται δυνητικά κατοικήσιμοι πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη.

Συνέπειες για την πλανητική εξέλιξη

«Για να φτιάξετε έναν πλανήτη σαν τη Γη, πρέπει να δημιουργήσετε ηπειρωτικό φλοιό και πρέπει να σταθεροποιήσετε αυτόν τον φλοιό», δήλωσε ο Jesse Remink, επίκουρος καθηγητής Γεωεπιστημών στο Penn State και συγγραφέας της μελέτης. «Οι επιστήμονες σκέφτηκαν ότι αυτά είναι το ίδιο πράγμα – οι ήπειροι έγιναν σταθερές και μετά αναδύθηκαν πάνω από το επίπεδο της θάλασσας, αλλά αυτό που λέμε είναι ότι αυτές οι διαδικασίες είναι ξεχωριστές.

Οι επιστήμονες είπαν ότι οι κράτωνοι εκτείνονται σε περισσότερα από 150 χιλιόμετρα, ή 93 μίλια, από την επιφάνεια της Γης έως τον ανώτερο μανδύα, όπου λειτουργούν σαν την καρίνα ενός σκάφους, κρατώντας τις ηπείρους να επιπλέουν στο επίπεδο ή κοντά στη θάλασσα κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου.

Οι καιρικές συνθήκες μπορεί τελικά να συγκεντρώσουν στοιχεία που παράγουν θερμότητα όπως το ουράνιο, το θόριο και το κάλιο στον ρηχό φλοιό, επιτρέποντας στον βαθύτερο φλοιό να κρυώσει και να στερεοποιηθεί. Αυτός ο μηχανισμός δημιούργησε ένα παχύ, συμπαγές στρώμα βράχου που μπορεί να προστατεύει τον πυθμένα των ηπείρων από μεταγενέστερη παραμόρφωση, χαρακτηριστικό γνώρισμα των κρατόνων, είπαν οι επιστήμονες.

Γεωλογικές διεργασίες και παραγωγή θερμότητας

«Η συνταγή για τη δημιουργία και τη σταθεροποίηση του ηπειρωτικού φλοιού περιλαμβάνει τη συγκέντρωση αυτών των στοιχείων που παράγουν θερμότητα – τα οποία μπορούν να θεωρηθούν ως μίνι κινητήρες θερμότητας – κοντά στην επιφάνεια», δήλωσε ο Andrew Smee, επίκουρος καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State και συγγραφέας του μελέτη. Stady. «Πρέπει να το κάνεις κάθε φορά καλαμπόκι Το ουράνιο, το θόριο ή το κάλιο διασπώνται, απελευθερώνοντας θερμότητα που μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία του φλοιού της Γης. Ο ζεστός καπλαμάς είναι ασταθής, είναι επιρρεπής σε παραμόρφωση και δεν παραμένει στη θέση του.

Όταν ο άνεμος, η βροχή και οι χημικές αντιδράσεις διέλυσαν πετρώματα στις πρώιμες ηπείρους, τα ιζήματα και τα ορυκτά αργίλου παρασύρθηκαν σε ρυάκια και ποτάμια και μεταφέρθηκαν στη θάλασσα όπου δημιούργησαν ιζηματογενή κοιτάσματα σχιστόλιθου που περιείχαν υψηλές συγκεντρώσεις ουρανίου, θορίου και καλίου . Οι επιστήμονες είπαν.

Αυτοί οι αρχαίοι μεταμορφωμένοι βράχοι που ονομάζονται γνεύς, που βρέθηκαν στις ακτές της Αρκτικής, αντιπροσωπεύουν τις ρίζες των ηπείρων που είναι τώρα εκτεθειμένες στην επιφάνεια. Οι επιστήμονες είπαν ότι τα ιζηματογενή πετρώματα που είναι ενσωματωμένα σε αυτούς τους τύπους πετρωμάτων θα παρείχαν μια μηχανή θερμότητας για τη σταθεροποίηση των ηπείρων. Συντελεστής: Jesse Remink

Οι συγκρούσεις μεταξύ τεκτονικών πλακών έθαψαν αυτά τα ιζηματογενή πετρώματα βαθιά στον φλοιό της Γης, όπου η ακτινοβολία από τον σχιστόλιθο έλιωνε τον κατώτερο φλοιό. Το λιωμένο υλικό θα επέπλεε και θα ανέβαινε πίσω στον ανώτερο φλοιό, παγιδεύοντας τα στοιχεία που παράγουν θερμότητα εκεί σε πετρώματα όπως ο γρανίτης, και επιτρέποντας στον κάτω φλοιό να κρυώσει και να στερεοποιηθεί.

Οι κρατώνες πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν πριν από 3 έως 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια, μια εποχή κατά την οποία ραδιενεργά στοιχεία όπως το ουράνιο διασπώνταν με ρυθμό περίπου δύο φορές πιο γρήγορα, εκπέμποντας διπλάσια θερμότητα από ό,τι σήμερα.

Ο Remink είπε ότι το έργο υπογραμμίζει ότι η εποχή που σχηματίστηκαν οι κράτωνοι στην πρώιμη Μέση Γη ταίριαζε μοναδικά στις διαδικασίες που μπορεί να οδήγησαν στη σταθερότητά τους.

«Μπορούμε να το σκεφτούμε αυτό ως θέμα πλανητικής εξέλιξης», είπε ο Remink. «Η εμφάνιση των ηπείρων σχετικά νωρίς στη διάρκεια της ζωής τους μπορεί να είναι ένα από τα βασικά συστατικά που χρειάζεστε για να δημιουργήσετε έναν πλανήτη σαν τη Γη, επειδή θα δημιουργήσετε πολύ καυτά ραδιενεργά κοιτάσματα και θα δημιουργήσετε μια πραγματικά σταθερή περιοχή ηπειρωτικού φλοιού που ζει κοντά στο επίπεδο της θάλασσας. είναι ένα εξαιρετικό περιβάλλον για τη διάδοση της ζωής».

Οι ερευνητές ανέλυσαν τις συγκεντρώσεις ουρανίου, θορίου και καλίου από εκατοντάδες δείγματα πετρωμάτων από την αρχαϊκή εποχή, όταν σχηματίστηκαν οι κρατώνες, για να αξιολογήσουν την παραγωγικότητα της ακτινοβολίας με βάση τις πραγματικές συνθέσεις πετρωμάτων. Χρησιμοποίησαν αυτές τις τιμές για να δημιουργήσουν θερμικά μοντέλα σχηματισμού κράτωνα.

«Προηγουμένως, οι άνθρωποι εξέταζαν και εξέταζαν τις επιπτώσεις της αλλαγής της παραγωγής θερμότητας ακτινοβολίας με την πάροδο του χρόνου», είπε ο Smay. «Αλλά η μελέτη μας συνδέει την παραγωγή θερμότητας από βράχους με την ηπειρωτική εμφάνιση, τη δημιουργία ιζημάτων και τη διαφοροποίηση του ηπειρωτικού φλοιού».

Οι Κράτονες, που βρίσκονται συνήθως στο εσωτερικό των ηπείρων, περιέχουν μερικούς από τους παλαιότερους βράχους στη Γη, αλλά παραμένουν δύσκολο να μελετηθούν. Σε τεκτονικά ενεργές περιοχές, ο σχηματισμός μιας ορεινής ζώνης μπορεί να φέρει στην επιφάνεια πετρώματα που κάποτε ήταν θαμμένα βαθιά στη Γη.

Όμως η προέλευση των κρατόνων παραμένει βαθιά υπόγεια και απρόσιτη. Οι επιστήμονες είπαν ότι οι μελλοντικές εργασίες θα περιλαμβάνουν τη δειγματοληψία του αρχαίου εσωτερικού των κρατόνων και ίσως τη διάνοιξη δειγμάτων πυρήνα για τη δοκιμή του μοντέλου τους.

«Αυτά τα μεταμορφωμένα ιζηματογενή πετρώματα που έλιωσαν και παρήγαγαν γρανίτη που συμπυκνώνει ουράνιο και θόριο είναι σαν καταγραφείς πτήσης μαύρου κουτιού που καταγράφουν πίεση και θερμοκρασία», είπε ο Smay. «Αν μπορέσουμε να ανοίξουμε αυτό το αρχείο, μπορούμε να δοκιμάσουμε τις προβλέψεις του μοντέλου μας για το μονοπάτι ταξιδιού του ηπειρωτικού φλοιού».

Παραπομπή: «Subaerial Weathering Stabilized Continents» του Jesse R. Remink και Andrew J. Σάμη, 8 Μαΐου 2024, φύση.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Το Penn State και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ παρείχαν χρηματοδότηση για αυτό το έργο.