Μικροσκοπικοί κρύσταλλοι ζιρκονίου αποκαλύπτουν ότι η πρώιμη ιστορία της Γης μπορεί να περιελάμβανε εκπληκτικά πολύπλοκη τεκτονική δραστηριότητα.
Μια Γη από ανακυκλωμένα υλικά
Η Γη σήμερα είναι χτισμένη γύρω από την ανακύκλωση. Ο παλιός φλοιός βυθίζεται, λιώνει και επιστρέφει ως νέο πέτρωμα. Μια νέα μελέτη για το ζιρκόνιο υποδηλώνει ότι αυτό το είδος κύκλου μπορεί να ξεκίνησε εκπληκτικά νωρίς, σε ορισμένα μέρη, όταν ο πλανήτης βρισκόταν ακόμα στο πρώτο μισό δισεκατομμύριο χρόνια του.
Επιστήμονες με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον βρήκαν διακριτικά χημικά πρότυπα μέσα στα ζιρκόνια, τα παλαιότερα ορυκτά της Γης, που ταιριάζουν με αυτά που περιμένουν οι γεωλόγοι από την καταβύθιση και από μεγάλες ποσότητες ηπειρωτικού φλοιού κατά την Αιώνα του Άδη, πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια.
Εάν αυτή η ερμηνεία ισχύει, η πρώιμη Γη δεν ήταν απλώς τυλιγμένη σε ένα άκαμπτο, ακίνητο εξωτερικό κέλυφος, την κλασική ιδέα του «στασιμού καπακιού» που υποθέτει επίσης λίγο ή καθόλου ηπειρωτικό φλοιό. Αντίθετα, τουλάχιστον ορισμένες περιοχές μπορεί να ήταν αρκετά δυναμικές για να αναδιαμορφώσουν την επιφάνεια, κάτι που έχει σημασία επειδή η ανακύκλωση του φλοιού και η οικοδόμηση ηπείρων επηρεάζουν εκεί όπου μπορούν να υπάρχουν σταθερά, δυνητικά φιλικά προς τη ζωή περιβάλλοντα.
Η εργασία δημοσιεύθηκε στο Nature και επικεντρώνεται σε αρχαία ζιρκόνια από τους λόφους Jack της Δυτικής Αυστραλίας. Αυτοί οι κόκκοι, που συχνά βρίσκονται ως μικροσκοπικοί κρύσταλλοι που έχουν αποσυντεθεί από παλαιότερα πετρώματα και έχουν διατηρηθεί σε νεότερα ιζήματα, είναι πολύτιμοι επειδή φέρουν το μόνο άμεσο αρχείο από τα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια της Γης. Αυτό τους καθιστά σπάνιους μάρτυρες του πώς η επιφάνεια και το εσωτερικό αλληλεπιδρούσαν καθώς οι πρώτες ήπειροι άρχισαν να σχηματίζονται.
Χημική Δακτυλική Αποτύπωση Υψηλής Ακρίβειας
Η ερευνητική ομάδα κατέληξε στα συμπεράσματά της μετρώντας ιχνοστοιχεία μέσα σε μεμονωμένους κόκκους ζιρκονίου χρησιμοποιώντας το WiscSIMS, ένα εξαιρετικά ευαίσθητο όργανο που βρίσκεται στο UW-Madison. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει στους επιστήμονες να αναλύουν αντικείμενα περίπου το ένα δέκατο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας. Η ομάδα ανέπτυξε επίσης νέες αναλυτικές τεχνικές που κατέστησαν δυνατή τη μέτρηση στοιχείων που δεν μπορούσαν να μελετηθούν αξιόπιστα πριν.
Τα ιχνοστοιχεία χρησιμεύουν ως χημικοί δείκτες που αποκαλύπτουν τις συνθήκες υπό τις οποίες σχηματίστηκε κάθε ζιρκόνιο. Εξετάζοντας αυτές τις υπογραφές, οι ερευνητές μπορούν να διακρίνουν εάν ένα ζιρκόνιο κρυσταλλώθηκε από μάγμα που ανέβαινε απευθείας από τον μανδύα κάτω από τον φλοιό της Γης ή από μάγμα που συνδέεται με την καταβύθιση και τον ηπειρωτικό φλοιό. Τα ζιρκόνια διατηρούν την αρχική τους χημική σύνθεση όταν σχηματίζονται και είναι εξαιρετικά ανθεκτικά σε μεταγενέστερες αλλαγές, καθιστώντας τα από τα πιο αξιόπιστα αρχεία των πρώιμων διεργασιών της Γης, ακόμη και δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα.
«Είναι μικροσκοπικές χρονοκάψουλες και μεταφέρουν τεράστια ποσότητα πληροφοριών», λέει ο John Valley, ομότιμος καθηγητής γεωεπιστημών στο UW-Madison, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.
Στοιχεία για τον Πρώιμο Ηπειρωτικό Φλοιό
Σύμφωνα με τον Valley, η χημική σύνθεση των ζιρκονίων από τους λόφους Jack δείχνει ότι σχηματίστηκαν από μια πολύ διαφορετική πηγή από άλλα ζιρκόνια του Άδη που ανακαλύφθηκαν στη Νότια Αφρική. Τα δείγματα της Νότιας Αφρικής δείχνουν χημικά χαρακτηριστικά τυπικά των απλούστερων πετρωμάτων που προήλθαν βαθιά μέσα στον μανδύα της Γης.
«Αυτό που βρήκαμε στους λόφους Jack είναι ότι τα περισσότερα από τα ζιρκόνια μας δεν μοιάζουν σαν να προήλθαν από τον μανδύα», λέει ο Valley. «Μοιάζουν με ηπειρωτικό φλοιό. Μοιάζουν σαν να σχηματίστηκαν πάνω από μια ζώνη υποβύθισης».
Η ποικιλία στην πρώιμη Γη
Μαζί, οι δύο πληθυσμοί ζιρκονίων υποδηλώνουν ότι η πρώιμη γεωλογία της Γης ήταν πιο ποικίλη από ό,τι είχε υποτεθεί προηγουμένως, με διαφορετικές τεκτονικές διεργασίες να λειτουργούν ταυτόχρονα αντί για ένα ενιαίο, ομοιόμορφο σύστημα, λέει ο Valley.
«Νομίζω ότι τα δεδομένα της Νότιας Αφρικής είναι σωστά, και τα δικά μας δεδομένα είναι σωστά», λέει ο Valley. «Αυτό σημαίνει ότι η Γη του Άδη δεν καλυπτόταν από ένα ομοιόμορφο στάσιμο κάλυμμα».
Είναι σημαντικό ότι ο τύπος της καταβύθισης που θα μπορούσε να έχει παράγει τα ζιρκόνια Jack Hills δεν είναι απαραίτητα ο ίδιος με τη σύγχρονη τεκτονική των πλακών. Ο Valley περιέγραψε μια διαδικασία κατά την οποία τα πίδακα υπερθερμών πετρωμάτων του μανδύα ανέβαιναν, έλιωναν εν μέρει και συγκεντρώνονταν στη βάση του φλοιού, δημιουργώντας κυκλοφορία που θα μπορούσε να τραβήξει τα επιφανειακά υλικά προς τα κάτω.
Τα αποτελέσματα της καταβύθισης
«Αυτή είναι καταβύθιση», λέει. «Δεν είναι τεκτονική πλακών, αλλά έχετε επιφανειακούς βράχους που βυθίζονται στον μανδύα».
Αυτό έχει σημασία επειδή η καταβύθιση μεταφέρει πλούσιους σε νερό επιφανειακούς βράχους σε θερμότερα βάθη, όπου μπορούν να προκαλέσουν τήξη και να σχηματίσουν μάγματα που παράγουν γρανιτικά πετρώματα.
«Εάν έχετε υλικό στην επιφάνεια, η επιφάνεια είχε υγρό νερό στον Άδη», λέει ο Valley. «Και όταν αφαιρείτε αυτό το υλικό, είναι υγρό και αφυδατώνεται. Το νερό προκαλεί τήξη και αυτό σχηματίζει γρανίτες».
Χτίζοντας τις Πρώτες Ηπείρους
Οι γρανίτες και τα σχετικά πετρώματα είναι θεμελιώδη δομικά στοιχεία των ηπείρων. Είναι λιγότερο πυκνά από άλλα κοινά πετρώματα που βρίσκονται κάτω από τους ωκεανούς της Γης. Αυτό δημιουργεί πλωτές ηπείρους που υψώνονται ψηλότερα πάνω από τις ωκεάνιες λεκάνες, παρέχοντας σταθερά περιβάλλοντα στην επιφάνεια της Γης.
«Αυτό αποτελεί απόδειξη για τις πρώτες ηπείρους και οροσειρές», λέει η Valley.
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η πρώιμη Γη ήταν γεωλογικά ποικιλόμορφη, με διαφορετικά τεκτονικά στυλ που λειτουργούσαν ταυτόχρονα σε διαφορετικές περιοχές.
Αυτή η πολυπλοκότητα θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες σκέφτονται τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια του πλανήτη, και οι επιπτώσεις εκτείνονται πέρα από την τεκτονική. Η καταβύθιση και ο σχηματισμός ηπείρων επηρέασαν την εμφάνιση της ξηράς για πρώτη φορά και τον τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκαν τα επιφανειακά περιβάλλοντα.
www.worldenergynews.gr
