Вчені висунули нову теорію формування земних континентів (5 фото)

Отримані результати можуть бути новим розумінням того, як еволюціонують потенційно придатні для життя планети, схожі на Землю.





Вчені з Пенсільванського університету описали можливий механізм формування кратонів — давніх та великих ділянок континентальної кори. Кратони простягаються більш ніж на 150 кілометрів, від поверхні Землі до верхньої мантії, де вони діють подібно до кілю човна, утримуючи континенти на плаву на рівні моря або поблизу цього показника протягом геологічного часу.

Новий механізм, запропонований вченими, може пояснити, як утворилися кратони близько 3 мільярдів років тому. Вважається, що кратони сформувалися між 3 і 2,5 мільярдами років тому — коли радіоактивні елементи, такі як уран, розпадалися приблизно вдвічі швидше і виділяли вдвічі більше тепла, ніж сьогодні.



Згідно з новою теорією, материки не виникли з океанів планети як стабільні масиви суші. Імовірніше, що вплив дощів і вітрів на свіжу породу близько 3 млрд років тому запустив серію геологічних процесів, що створили стійку кору.

"Щоб створити планету, подібну до Землі, вам потрібно створити континентальну кору, і вам потрібно стабілізувати цю кору", - сказав Джессі Реймінк, доцент кафедри наук про землю в Пенсільванському університеті та автор дослідження. "Вчені думали про те саме - континенти стали стабільними, а потім піднялися над рівнем моря. Але ми говоримо, що ці процеси відбувалися не одночасно".

Внаслідок вивітрювання в неглибокій корі сконцентрувалися тепловиділяючі елементи: уран, торій, калій. Це дозволило глибшій корі охолонути і затвердіти. Так було створено товстий, твердий прошарок, який захистив дно континентів від деформації.





"Рецепт формування та стабілізації континентальної кори передбачає концентрацію цих тепловиділяючих елементів, які можна розглядати як маленькі теплові двигуни, розташовані дуже близько до поверхні", - сказав Ендрю Смайє, ад'юнкт-професор наук про землю в Пенсільванському університеті та автор дослідження. "Ви повинні враховувати це, тому що кожного разу, коли атом урану, торію або калію розпадається, він виділяє тепло, яке може підвищувати температуру земної кори. Гаряча кора нестабільна - вона схильна до деформації і не утримується на місці."

Коли вітер, дощ та хімічні реакції руйнували гірські породи на стародавніх континентах, відкладення та глинисті мінерали змивались у струмки та річки та потрапляли у море. Там вони утворювали осадові відкладення, наприклад сланці, в яких містилася велика кількість урану, торію та калію.

Зіткнення тектонічних плит ховали ці осадові породи глибоко всередині земної кори. Там під впливом радіогенного тепла, яке виділяється сланцями, нижня частина земної кори плавилася. Розплави піднімалися назад у верхню частину земної кори, утримуючи елементи, що виділяють тепло, таких породах, як граніт. Це дозволяло нижній частині земної кори остигати і тверднути.



Схематична ілюстрація ключових геодинамічних процесів у стабілізації кратону.

"Ми можемо розглядати це як питання планетарної еволюції", - сказав Реймінк. Одним з ключових компонентів, необхідних для створення планети, подібної до Землі, може бути поява континентів на відносно ранніх етапах її існування. моря і є чудовим середовищем для розмноження життя”.

Дослідники проаналізували концентрації урану, торію та калію в сотнях зразків гірських порід архейського періоду, коли формувалися кратони, щоб оцінити віддачу радіогенного тепла на основі фактичного складу гірських порід. Вони використовували ці значення створення теплових моделей формування кратонів.

"Наше дослідження пов'язує вироблення тепла в гірських породах із виникненням континентів, утворенням відкладень та диференціацією континентальної кори" - сказав Смайє.



Ці древні метаморфічні породи, знайдені на Арктичному узбережжі, є "коріння" континентів, які зараз оголилися на поверхні.

Кратони, що знаходяться всередині континентів, містять найдавніші гірські породи Землі. У тектонічно активних районах утворення гірських поясів виносить на поверхню глибоко поховані породи. Але витоки кратонів залишаються недоступними. Вчені заявили, що в майбутньому вони братимуть зразки стародавніх надр кратонів і, можливо, буритимуть керн для перевірки своєї моделі.

"Ці метаморфізовані осадові породи, які розплавилися та утворили граніти, що концентрують уран та торій, схожі на бортові самописці "чорної скриньки", які реєструють тиск і температуру", - сказав Смайє. "І якщо ми зможемо відкрити цей архів, ми зможемо перевірити передбачення нашої моделі щодо траєкторії руху континентальної кори".

З повним дослідженням можна ознайомитись у журналі Nature, у статті Subaerial weathering drove stabilization of continents.