Drevni, ekspanzivni delovi kontinentalne kore zvani kratoni pomogli su da se Zemljini kontinenti održe stabilnim milijardama godina, čak i kada se kopnene mase pomeraju, planine rastu i formiraju okeani. Novi mehanizam koji su predložili naučnici Penn State može objasniti kako su se kratoni formirali pre oko 3 milijarde godina, što je trajno pitanje u proučavanju istorije Zemlje.
Naučnici izvještavaju u časopisu Nature da kontinenti možda nisu izašli iz Zemljinih okeana kao stabilne kopnene mase, čiji je zaštitni znak gornja kora obogaćena granitom. Umesto toga, izloženost svežeg kamena vetru i kiši pre oko 3 milijarde godina pokrenula je niz geoloških procesa koji su na kraju stabilizovali koru – omogućavajući koru da preživi milijarde godina bez uništenja ili resetovanja.
Nalazi mogu predstavljati novo razumevanje o tome kako evoluiraju potencijalno nastanjive planete slične Zemlji, rekli su naučnici.
„Da biste napravili planetu kao što je Zemlja, potrebno je da napravite kontinentalnu koru, i morate da stabilizujete tu koru“, rekao je Džesi Rajmink, docent geonauka u Penn Stejtu i autor studije. „Naučnici su o njima razmišljali kao o istoj stvari — kontinenti su postali stabilni, a zatim su se pojavili iznad nivoa mora. Ali ono što mi kažemo je da su ti procesi odvojeni.“
Kratoni se protežu više od 150 kilometara, ili 93 milje, od površine Zemlje do gornjeg omotača — gde se ponašaju kao kobilica čamca, držeći kontinente da plutaju na ili blizu nivoa mora tokom geološkog vremena, rekli su naučnici.
Vremenske prilike mogu na kraju imati koncentrisane elemente koji proizvode toplotu kao što su uranijum, torijum i kalijum u plitkoj kori, omogućavajući dubljoj kori da se ohladi i stvrdne. Ovaj mehanizam stvorio je debeo, tvrdi sloj stene koji je možda zaštitio dno kontinenata od kasnijeg deformisanja – što je karakteristična karakteristika kratona, rekli su naučnici.
„Recept za pravljenje i stabilizaciju kontinentalne kore uključuje koncentrisanje ovih elemenata koji proizvode toplotu – koji se mogu smatrati malim toplotnim mašinama – veoma blizu površine,” rekao je Endru Smaj, vanredni profesor geonauka u Penn State i autor studije. studija. „To morate da uradite jer svaki put kada se atom uranijuma, torijuma ili kalijuma raspadne, on oslobađa toplotu koja može da poveća temperaturu kore. Vruća kora je nestabilna — sklona je deformisanju i neće se zadržati.“
Kako su vetar, kiša i hemijske reakcije razbijale stene na ranim kontinentima, sedimenti i minerali gline su isprani u potoke i reke i odneti u more gde su stvorili sedimentne naslage poput škriljaca sa visokim koncentracijama uranijuma, torijuma i kalijuma, rekli su naučnici.
Sudari između tektonskih ploča zatrpali su ove sedimentne stene duboko u Zemljinoj kori gde je radiogena toplota oslobođena od škriljaca izazvala otapanje donje kore. Topline su bile plutajuće i uzdizale su se nazad do gornje kore, zarobljavajući tamo elemente koji proizvode toplotu u stenama poput granita i dozvoljavajući donjoj kori da se ohladi i stvrdne.
Veruje se da su se kratoni formirali pre između 3 i 2,5 milijarde godina – u vreme kada bi se radioaktivni elementi poput uranijuma raspadali brzinom oko dva puta brže i oslobađali dvostruko više toplote nego danas.
Rad naglašava da je vreme kada su se kratoni formirali na ranoj srednjoj Zemlji bilo jedinstveno pogodno za procese koji su ih možda doveli do toga da postanu stabilni, rekao je Reimink.
„O ovome možemo razmišljati kao o pitanju planetarne evolucije“, rekao je Reimink. „Jedan od ključnih sastojaka koji su vam potrebni da napravite planetu poput Zemlje mogla bi biti pojava kontinenata relativno rano u njenom životnom veku. Zato što ćete stvoriti radioaktivne sedimente koji su veoma vrući i koji proizvode zaista stabilan trakt kontinentalne kore. koji živi tačno oko nivoa mora i predstavlja odlično okruženje za razmnožavanje života.“
Istraživači su analizirali koncentracije uranijuma, torijuma i kalijuma iz stotina uzoraka stena iz arhejskog perioda, kada su se formirali kratoni, da bi procenili radiogenu toplotnu produktivnost na osnovu stvarnih sastava stena. Iskoristili su ove vrednosti za kreiranje termičkih modela formiranja kratona.
„Ranije su ljudi gledali i razmatrali efekte promene radiogene proizvodnje toplote kroz vreme“, rekao je Smie. „Ali naša studija povezuje proizvodnju toplote zasnovanu na stenama sa pojavom kontinenata, stvaranjem sedimenata i diferencijacijom kontinentalne kore.“
Obično se nalaze u unutrašnjosti kontinenata, kratoni sadrže neke od najstarijih stena na Zemlji, ali su i dalje izazovni za proučavanje. U tektonski aktivnim oblastima, formiranje planinskog pojasa moglo bi da iznese na površinu stene koje su nekada bile zakopane duboko pod zemljom.
Ali poreklo kratona ostaje duboko pod zemljom i nedostupno je. Naučnici su rekli da će budući rad uključivati uzorkovanje drevnih unutrašnjosti kratona i, možda, bušenje uzoraka jezgra kako bi se testirao njihov model.
„Ove metamorfizovane sedimentne stene koje su se istopile i proizvele granite koji koncentrišu uranijum i torijum su poput registratora leta crne kutije koji beleže pritisak i temperaturu“, rekao je Smaj. „I ako možemo da otključamo tu arhivu, možemo testirati predviđanja našeg modela za putanju leta kontinentalne kore.“
