Учените предлагат нова теория за формирането на континентите

Древни огромни участъци от континентална кора, известни като кратони, са стабилизирали земните континенти в продължение на милиарди години чрез промени в земните маси, изграждане на планини и развитие на океана. Учени от Penn State предложиха нов механизъм, който може да обясни образуването на кратони преди около 3 милиарда години, хвърляйки светлина върху дългогодишен въпрос в геоложката история на Земята.

Учени, споменати в сп природа Континентите може да не са се появили от океаните на Земята като стабилна суша, тяхната отличителна черта е богатата на гранит горна кора. Вместо това, излагането на прясна скала на вятър и дъжд преди около 3 милиарда години задейства поредица от геоложки процеси, които в крайна сметка стабилизираха кората – позволявайки на кората да оцелее милиарди години, без да бъде унищожена или нулирана.

Учените казаха, че откритията може да представляват ново разбиране за това как се развиват потенциално обитаемите планети, подобни на Земята.

Последици за планетарната еволюция

„За да създадете планета като Земята, трябва да направите континентална кора и трябва да стабилизирате тази кора“, каза Джеси Реминк, асистент по науките за Земята в Penn State и автор на изследването. „Учените смятат, че това е едно и също нещо – континентите са станали стабилни и след това са се появили над морското равнище, но това, което казваме, е, че тези процеси са отделни.

Учените казаха, че кратоните се простират на повече от 150 километра, или 93 мили, от повърхността на Земята до горната част на мантията, където действат като кил на лодка, поддържайки континентите плаващи на или близо до морското равнище през геоложкото време.

Изветрянето може в крайна сметка да концентрира произвеждащи топлина елементи като уран, торий и калий в плитката кора, което позволява на по-дълбоката кора да се охлади и втвърди. Този механизъм създаде дебел, солиден слой скала, който може да е защитил дъната на континентите от по-късна деформация, отличителна черта на кратоните, казаха учените.

Геоложки процеси и производство на топлина

„Рецептата за създаване и стабилизиране на континенталната кора включва концентрирането на тези произвеждащи топлина елементи – които могат да се разглеждат като мини-топлинни двигатели – близо до повърхността“, каза Андрю Сми, асистент професор по геонауки в Penn State и автор на проучване. Стеди. „Трябва да го правиш всеки път царевица Уранът, торият или калият се разпадат, отделяйки топлина, която може да повиши температурата на земната кора. Горещият фурнир е нестабилен, податлив е на деформация и няма да остане на място.

Когато вятърът, дъждът и химичните реакции разграждат скалите на ранните континенти, седиментите и глинестите минерали се нанасят в потоци и реки и се пренасят в морето, където създават подобни на шисти седиментни отлагания, които съдържат високи концентрации на уран, торий и калий . казаха учените.

Тези древни метаморфни скали, наречени гнайс, намерени на арктическия бряг, представляват корените на континентите, които сега са изложени на повърхността. Учените казаха, че седиментните скали, вложени в тези видове скали, ще осигурят топлинен двигател за стабилизиране на континентите. Кредит: Джеси Реминк

Сблъсъците между тектоничните плочи погребаха тези седиментни скали дълбоко в земната кора, където радиационната топлина от шистите разтопи долната кора. Разтопеният материал би изплувал обратно към горната кора, улавяйки произвеждащите топлина елементи там в скали като гранит и позволявайки на долната кора да се охлади и втвърди.

Смята се, че кратоните са се образували преди между 3 и 2,5 милиарда години, време, когато радиоактивни елементи като уран са се разпадали с около два пъти по-бърза скорост, отделяйки два пъти повече топлина, отколкото днес.

Реминк каза, че работата подчертава, че времето, когато кратоните са се образували в ранната Средна земя, е било уникално подходящо за процесите, които може да са довели до тяхната стабилност.

„Можем да мислим за това като за въпрос на планетарна еволюция“, каза Реминк. „Появата на континентите сравнително рано в техния живот може да бъде една от ключовите съставки, от които се нуждаете, за да създадете планета като Земята. Защото ще създадете много горещи радиоактивни отлагания и ще създадете наистина стабилна област от континентална кора, която живее точно около морското равнище , което е чудесна среда за размножаване на живот.“

Изследователите са анализирали концентрациите на уран, торий и калий от стотици скални проби от архейската ера, когато са се образували кратоните, за да оценят радиационната топлинна продуктивност въз основа на действителните скални композиции. Те са използвали тези стойности, за да създадат топлинни модели на формирането на кратон.

„Преди това хората гледаха и разглеждаха ефектите от промяната на производството на лъчиста топлина с течение на времето“, каза Смай. „Но нашето проучване свързва производството на топлина от скали с появата на континента, генерирането на седименти и диференциацията на континенталната кора.“

Кратоните, които обикновено се намират във вътрешността на континентите, съдържат някои от най-старите скали на Земята, но остават трудни за изучаване. В тектонично активни зони, образуването на планински пояс може да изведе на повърхността скали, които са били заровени дълбоко в Земята.

Но произходът на кратоните остава дълбоко под земята и недостъпен. Учените казаха, че бъдещата работа ще включва вземане на проби от древната вътрешност на кратоните и може би пробиване на проби от ядрото, за да тестват своя модел.

„Тези метаморфни седиментни скали, които се разтопиха и произведоха гранит, който концентрира уран и торий, са като черни кутии, които записват налягане и температура“, каза Смай. „Ако можем да отворим този архив, можем да тестваме прогнозите на нашия модел за пътя на пътуването на континенталната кора.“

Справка: „Стабилизирани континенти от субаерно изветряне“ от Джеси Р. Реминк и Андрю Дж. Сами, 8 май 2024 г., природа.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State и Националната научна фондация на САЩ предоставиха финансиране за тази работа.