Wetenschappers stellen een nieuwe theorie over continentale vorming voor

Een nieuwe studie door onderzoekers van Penn State suggereert dat cratons, de oude structuren die de continenten van de aarde stabiliseren, ongeveer 3 miljard jaar geleden werden gevormd door processen die werden geïnitieerd door atmosferische verwering van rotsen, en niet alleen door het ontstaan ​​van stabiele landmassa’s. Dit daagt traditionele opvattingen uit en heeft implicaties voor het begrijpen van de planetaire evolutie en de omstandigheden die bevorderlijk zijn voor leven.

Oude, uitgestrekte delen van de continentale korst, bekend als cratons, hebben de continenten van de aarde miljarden jaren lang gestabiliseerd door verschuivingen in de landmassa, de vorming van bergen en de ontwikkeling van de oceanen. Wetenschappers van Penn State hebben een nieuw mechanisme voorgesteld dat de vorming van cratons ongeveer 3 miljard jaar geleden zou kunnen verklaren, wat licht werpt op een al lang bestaande vraag in de geologische geschiedenis van de aarde.

Wetenschappers genoemd in het tijdschrift natuur Het kan zijn dat de continenten niet als een stabiele landmassa uit de oceanen zijn voortgekomen; hun onderscheidende kenmerk is een granietrijke bovenkorst. In plaats daarvan veroorzaakte de blootstelling van vers gesteente aan wind en regen ongeveer 3 miljard jaar geleden een reeks geologische processen die uiteindelijk de korst stabiliseerden – waardoor de korst miljarden jaren kon overleven zonder te worden vernietigd of opnieuw ingesteld.

Wetenschappers zeggen dat de bevindingen een nieuw begrip kunnen vertegenwoordigen van hoe potentieel bewoonbare, aardachtige planeten evolueren.

Implicaties voor de planetaire evolutie

“Om een ​​planeet zoals de aarde te maken, moet je een continentale korst maken, en die korst stabiliseren”, zegt Jesse Remink, assistent-professor aardwetenschappen aan Penn State en auteur van het onderzoek. “Wetenschappers hebben gedacht dat dit hetzelfde is: de continenten werden stabiel en kwamen vervolgens boven zeeniveau uit. Maar wat wij zeggen is dat deze processen gescheiden zijn.

De wetenschappers zeiden dat kratons zich over een afstand van meer dan 150 kilometer (93 mijl) uitstrekken van het aardoppervlak naar de bovenmantel, waar ze fungeren als de kiel van een boot en de continenten gedurende de geologische tijd op of nabij zeeniveau houden.

Verwering kan uiteindelijk warmteproducerende elementen zoals uranium, thorium en kalium in de ondiepe korst concentreren, waardoor de diepere korst kan afkoelen en stollen. Dit mechanisme creëerde een dikke, stevige laag gesteente die de bodems van de continenten mogelijk heeft beschermd tegen latere vervorming, een onderscheidend kenmerk van cratons, aldus de wetenschappers.

Geologische processen en warmteproductie

“Het recept voor het maken en stabiliseren van de continentale korst houdt in dat deze warmteproducerende elementen – die kunnen worden gezien als mini-warmtemotoren – dichtbij het oppervlak worden geconcentreerd”, zegt Andrew Smee, assistent-professor in de geowetenschappen aan Penn State en auteur van het boek. studie. Stadion. “Je moet het elke keer doen maïs Uranium, thorium of kalium vervalt, waarbij warmte vrijkomt die de temperatuur van de aardkorst kan verhogen. Heet fineer is onstabiel, vervormt en blijft niet op zijn plaats.

Toen wind, regen en chemische reacties op de vroege continenten gesteenten afbraken, dreven sedimenten en kleimineralen in beken en rivieren en werden naar de zee gevoerd, waar ze schalie-achtige sedimentaire afzettingen creëerden die hoge concentraties uranium, thorium en kalium bevatten. . Wetenschappers zeiden.

Deze oude metamorfe gesteenten, gneis genaamd, gevonden aan de Arctische kust, vertegenwoordigen de wortels van de continenten die nu aan de oppervlakte liggen. De wetenschappers zeiden dat sedimentair gesteente, ingebed in dit soort gesteenten, een warmtemotor zou vormen om de continenten te stabiliseren. Krediet: Jesse Remink

Botsingen tussen tektonische platen begroeven deze sedimentaire gesteenten diep in de aardkorst, waar de stralingswarmte van de schalie de onderste korst deed smelten. Het gesmolten materiaal zou drijven en terugstijgen naar de bovenste korst, waarbij de warmteproducerende elementen daar in rotsen als graniet werden opgesloten, waardoor de onderste korst kon afkoelen en stollen.

Er wordt aangenomen dat de kratons tussen de 3 en 2,5 miljard jaar geleden zijn ontstaan, een tijd waarin radioactieve elementen zoals uranium ongeveer twee keer zo snel vervielen en twee keer zoveel warmte afgaven als nu.

Remink zei dat het werk benadrukt dat de tijd waarin kratons ontstonden in het vroege Midden-Aarde bij uitstek geschikt was voor de processen die mogelijk tot hun stabiliteit hebben geleid.

“We kunnen dit beschouwen als een kwestie van planetaire evolutie,” zei Remink. ‘De opkomst van continenten relatief vroeg in hun leven kan een van de belangrijkste ingrediënten zijn die je nodig hebt om een ​​planeet als de aarde te creëren. Omdat je zeer hete radioactieve afzettingen zult creëren en een echt stabiel gebied van continentale korst zult produceren dat dichtbij zeeniveau leeft. , wat een geweldige omgeving is waarin het leven zich kan verspreiden.”

De onderzoekers analyseerden de uranium-, thorium- en kaliumconcentraties van honderden gesteentemonsters uit het Archeïsche tijdperk, toen de kratons ontstonden, om de productiviteit van stralingswarmte te beoordelen op basis van daadwerkelijke gesteentesamenstellingen. Ze gebruikten deze waarden om thermische modellen van kratonvorming te maken.

“Eerder keken en keken mensen naar de effecten van de veranderende productie van stralingswarmte in de loop van de tijd”, zei Smay. “Maar onze studie koppelt de op rotsen gebaseerde warmteproductie aan het ontstaan ​​van het continent, de vorming van sediment en de differentiatie van de continentale korst.”

Cratons, die doorgaans in het binnenland van continenten voorkomen, bevatten enkele van de oudste gesteenten op aarde, maar ze blijven moeilijk te bestuderen. In tektonisch actieve gebieden kan de vorming van een berggordel rotsen die diep in de aarde begraven lagen naar de oppervlakte brengen.

Maar de oorsprong van de cratons blijft diep onder de grond en ontoegankelijk. De wetenschappers zeiden dat toekomstig werk het bemonsteren van het oude interieur van kratons zal omvatten, en misschien het boren van kernmonsters om hun model te testen.

“Deze metamorfe sedimentaire gesteenten die smolten en graniet produceerden dat uranium en thorium concentreerde, zijn als black box-vluchtrecorders die druk en temperatuur registreren”, zei Smay. “Als we dit archief kunnen openen, kunnen we de voorspellingen van ons model over het reispad van de continentale korst testen.”

Referentie: “Subaeriële verwering gestabiliseerde continenten” door Jesse R. Remink, en Andrew J. Sami, 8 mei 2024, natuur.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State en de Amerikaanse National Science Foundation hebben dit werk gefinancierd.