Nová štúdia výskumníkov z Penn State ukazuje, že kratóny, staroveké štruktúry, ktoré ukotvujú zemské kontinenty, vznikli asi pred 3 miliardami rokov procesmi iniciovanými atmosférickým zvetrávaním hornín, nielen vznikom stabilného terénu. To spochybňuje konvenčné názory a má dôsledky pre pochopenie planetárneho vývoja a podmienok priaznivých pre život.
Staroveké masívne bloky kontinentálnej kôry známe ako kratóny stabilizovali zemské kontinenty na miliardy rokov prostredníctvom presunu pôdy, budovania hôr a rastu oceánov. Vedci z Penn State navrhli nový mechanizmus, ktorý by mohol vysvetliť vznik kratónov asi pred 3 miliardami rokov, čo vrhá svetlo na dlhotrvajúcu otázku v geologickej histórii Zeme.
Vedci o tom informovali v časopise Príroda Kontinenty by sa nevynorili zo zemských oceánov ako stabilné pevniny charakterizované hornou kôrou bohatou na žulu. Skôr, asi pred 3 miliardami rokov, vystavenie čerstvých hornín vetru a dažďu spustilo sériu geologických procesov, ktoré nakoniec stabilizovali kôru – čo umožnilo kôre prežiť miliardy rokov bez toho, aby bola zničená alebo resetovaná.
Vedci uviedli, že tieto zistenia by mohli predstavovať nové chápanie toho, ako sa vyvíjajú potenciálne obývateľné planéty podobné Zemi.
Dôsledky pre planetárny vývoj
„Aby ste vytvorili planétu podobnú Zemi, musíte vytvoriť kontinentálnu kôru a túto kôru musíte stabilizovať,“ povedal autor štúdie Jesse Reimink, odborný asistent geológie v Penn State. „Vedci to považovali za to isté – kontinenty sa usadili a potom sa vynorili nad hladinou mora. Ale hovoríme, že tieto procesy sú odlišné.
Vedci uviedli, že kratóny siahajú viac ako 150 kilometrov alebo 93 míľ od zemského povrchu do horného plášťa – kde pôsobia ako kýl lode a udržiavajú kontinenty plávajúce na dne oceánu alebo blízko neho počas geologického času.
Poveternostné podmienky môžu nakoniec spôsobiť, že prvky produkujúce teplo, ako je urán, tórium a draslík, sa koncentrujú v plytkej vrstve, čo spôsobí, že hlbšia vrstva bude studená a tvrdá. Vedci uviedli, že tento mechanizmus vytvoril hrubú, pevnú vrstvu horniny, ktorá by ochránila dná kontinentov pred neskoršou deformáciou – charakteristický znak kratónov.
Geologické procesy a výroba tepla
„Metóda formovania a stabilizácie kontinentálnej kôry zahŕňa sústredenie týchto prvkov produkujúcich teplo – ktoré možno považovať za malé tepelné motory – na povrchu,“ povedal autor štúdie Andrew Smee, docent geológie v Penn State. “ Štúdium. „Musíte to urobiť, pretože zakaždým a atóm Rozklad uránu, tória alebo draslíka uvoľňuje teplo, ktoré môže zvýšiť teplotu kôry. Horúca kôrka je nestabilná – je náchylná na deformáciu a nelepí sa.
Keď vietor, dážď a chemické reakcie rozbíjali horniny na raných kontinentoch, sedimenty a ílové minerály boli zmietané do riek a potokov a odnášané do oceánu, kde vytvorili sedimentárne usadeniny, ako sú bridlice, ktoré obsahovali vysoké koncentrácie uránu, tória a draslíka. Povedali vedci.
Tieto staroveké metamorfované horniny, nazývané ruly, nachádzajúce sa na arktickom pobreží, predstavujú korene kontinentov, ktoré sú teraz vystavené na povrchu. Vedci uviedli, že sedimentárne horniny pod týmito typmi hornín by poskytli tepelný motor na stabilizáciu kontinentov. Poďakovanie: Jesse Reimink
Zrážka medzi tektonickými platňami pochovala tieto sedimentárne horniny hlboko do zemskej kôry, kde rádiogénne teplo uvoľnené bridlicou spôsobilo roztavenie spodnej vrstvy. Topenie bolo rýchle a vrhlo sa späť do hornej vrstvy, zachytávalo prvky produkujúce teplo v horninách, ako je žula, a umožnilo spodnej vrstve vychladnúť a stvrdnúť.
Predpokladá sa, že kratón vznikol pred 3 až 2,5 miliardami rokov – v čase, keď sa rádioaktívne prvky, ako napríklad urán, rozpadali približne dvojnásobnou rýchlosťou a uvoľňovali dvakrát toľko tepla ako dnes.
Reimink povedal, že práca zdôrazňuje, že čas, keď sa kratóny vytvorili na ranej Stredozemi, bol jedinečne priaznivý pre procesy, ktoré spôsobili, že sa stali stabilnými.
„Môžeme to považovať za otázku planetárnej evolúcie,“ povedal Reimink. „Jednou z kľúčových zložiek potrebných na vytvorenie planéty podobnej Zemi môže byť objavenie sa kontinentov relatívne skoro počas jej života. Pretože vytvoríte rádioaktívne sedimenty, ktoré sú veľmi horúce a ktoré vytvárajú skutočne stabilnú časť kontinentálnej kôry, ktorá sedí priamo okolo dna oceánu a je skvelým prostredím pre šírenie života.
Výskumníci analyzovali koncentrácie uránu, tória a draslíka zo stoviek vzoriek hornín z archejského obdobia, keď sa vytvoril kratón, aby odhadli produktivitu rádiogénneho tepla na základe skutočného zloženia hornín. Tieto hodnoty použili na vytvorenie tepelných modelov tvorby kratónov.
„Ľudia predtým skúmali a zvažovali účinky rádiogénneho tepelného výkonu meniaceho sa v priebehu času,“ povedal Smee. „Naša štúdia však spája produkciu tepla na báze horniny so vznikom kontinentov, pôvodom sedimentov a diferenciáciou kontinentálnej kôry.“
Kratóny, ktoré sa zvyčajne nachádzajú vo vnútri kontinentov, obsahujú niektoré z najstarších hornín na Zemi, no ich štúdium je stále náročné. V tektonicky aktívnych oblastiach môže vznik horských pásov vyniesť na povrch horniny, ktoré boli kedysi pochované hlboko pod zemou.
Pôvod kratonu však zostáva hlboko pod zemou a je neprístupný. Vedci uviedli, že budúca práca bude zahŕňať odber vzoriek zo starovekých interiérov Cratonu a možno aj vŕtanie vzoriek jadra na testovanie ich modelov.
„Tieto metamorfované sedimentárne horniny, ktoré sa roztopili a vytvorili žulu, ktorá koncentruje urán a tórium, sú ako záznamníky letu v čiernej skrinke, ktoré zaznamenávajú tlak a teplotu,“ povedal Smee. „A ak dokážeme odomknúť tento archív, môžeme otestovať predpovede nášho modelu pre letovú dráhu kontinentálnej kôry.“
Referencia: Jesse R. Reimink a Andrew J. „Suaerické zvetrávanie poháňalo stabilizáciu kontinentov“ od Smee, 8. mája 2024, Príroda,
DOI: 10.1038/s41586-024-07307-1
Financie na túto prácu poskytli Penn State a Americká národná vedecká nadácia.
