Μικροσκοπικοί κρύσταλλοι καταγράφουν εκατομμύρια χρόνια ιστορίας

Μικροσκοπικοί κρύσταλλοι καταγράφουν εκατομμύρια χρόνια ιστορίας οροσειράς - ένας γεωλόγος ανασκάπτει τα Ιμαλάια με μικροσκόπιο.

Αυτή η εικόνα ενός μόνο κρυστάλλου δείχνει 30 εκατομμύρια χρόνια γεωλογικής ιστορίας των Ιμαλαΐων, ανιχνεύοντας τη συγκέντρωση και την ηλικία του θορίου. Από τον Matthew J. Kohn. 

Τα Ιμαλάια είναι η υψηλότερη οροσειρά της Γης , πιθανώς η ψηλότερη ποτέ. Πώς σχηματίστηκε; Γιατί είναι τόσο ψηλή;

Ίσως πιστεύετε ότι η κατανόηση μεγάλων οροσειρών απαιτεί μεγάλες μετρήσεις - ίσως δορυφορική απεικόνιση πάνω από δεκάδες ή εκατοντάδες χιλιάδες τετραγωνικά μίλια. Αν και οι επιστήμονες σίγουρα χρησιμοποιούν δορυφορικά δεδομένα, πολλοί από εμάς, συμπεριλαμβανομένου και εμένα , μελετάμε τις μεγαλύτερες οροσειρές βασιζόμενοι στις μικρότερες μετρήσεις σε μικροσκοπικά ορυκτά που αναπτύχθηκαν καθώς σχηματίστηκε η οροσειρά.

Αυτά τα ορυκτά βρίσκονται σε μεταμορφωμένα πετρώματα που μετασχηματίζονται από θερμότητα, πίεση ή και τα δύο. Μία από τις μεγάλες χαρές στη μελέτη των μεταμορφωμένων πετρωμάτων έγκειται στη μικροανάλυση των ορυκτών τους. Με μετρήσεις σε κλίμακες μικρότερες από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας, μπορούμε να ξεκλειδώσουμε την ηλικία και τις χημικές συνθέσεις που κρύβονται μέσα σε μικροσκοπικούς κρυστάλλους για να κατανοήσουμε διαδικασίες που συμβαίνουν σε κολοσσιαία κλίμακα.

Μέτρηση ραδιενεργών στοιχείων

Τα ορυκτά που περιέχουν ραδιενεργά στοιχεία παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον επειδή αυτά τα στοιχεία, που ονομάζονται γονείς, διασπώνται με γνωστούς ρυθμούς για να σχηματίσουν σταθερά στοιχεία, που ονομάζονται κόρες. Μετρώντας την αναλογία γονέα προς κόρη , μπορούμε να προσδιορίσουμε πόσο χρονών είναι ένα ορυκτό.

Με τη μικροανάλυση, μπορούμε ακόμη και να μετρήσουμε διαφορετικές ηλικίες σε διαφορετικά μέρη ενός κρυστάλλου για να καθορίσουμε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης. Συνδέοντας τη χημεία διαφορετικών ζωνών μέσα σε ένα ορυκτό με γεγονότα στην ιστορία μιας οροσειράς, οι ερευνητές μπορούν να συμπεράνουν πώς συναρμολογήθηκε η οροσειρά και πόσο γρήγορα.

Ένα στιγμιότυπο της Annapurna, ένα βουνό στην οροσειρά των Ιμαλαΐων, τραβηγμένο από τον συγγραφέα το 2014. Από Matthew J. Kohn.

Η ερευνητική μου ομάδα και εγώ αναλύσαμε και απεικονίσαμε έναν μόνο κόκκο μεταμορφωμένου μοναζίτη από βράχους που συλλέξαμε από την περιοχή Annapurna του κεντρικού Νεπάλ. Αν και έχει μήκος μόνο 1,75 mm, αυτός είναι ένας γιγάντιος κρύσταλλος σύμφωνα με τα πρότυπα των γεωλόγων - περίπου 30 φορές μεγαλύτερος από τους τυπικούς κρυστάλλους μοναζίτη. Το ονομάσαμε «Monzilla».

Χρησιμοποιώντας έναν μικροαναλυτή ανιχνευτή ηλεκτρονίων , συλλέξαμε και οπτικοποιήσαμε δεδομένα σχετικά με τη συγκέντρωση θορίου – ένα ραδιενεργό στοιχείο, παρόμοιο με το ουράνιο – στον κρύσταλλο. Τα χρώματα δείχνουν την κατανομή του θορίου, όπου το λευκό και το κόκκινο υποδηλώνουν υψηλότερες συγκεντρώσεις, ενώ το μπλε και το μοβ υποδηλώνουν χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Οι αριθμοί που τοποθετούνται πάνω στην εικόνα αντιπροσωπεύουν την ηλικία σε εκατομμύρια χρόνια.

Η χρονολόγηση με μόλυβδο θορίου μετρά την αναλογία του μητρικού θορίου προς το θυγατρικό του μόλυβδο. Αυτή η αναλογία εξαρτάται από το ρυθμό διάσπασης του θορίου και την ηλικία του κρυστάλλου. Βλέπουμε ότι υπάρχουν δύο διαφορετικές ζώνες στο δείγμα: ένας πυρήνας περίπου 30 εκατομμυρίων ετών με υψηλές συγκεντρώσεις θορίου και ένα χείλος περίπου 10 εκατομμυρίων ετών, φουσκωτό χείλος με χαμηλές συγκεντρώσεις θορίου.

Τι σημαίνουν αυτές οι ηλικίες;

Καθώς η ινδική τεκτονική πλάκα τσακίζει προς τα βόρεια στην Ασία, οι βράχοι θάβονται πρώτα βαθιά και μετά ωθούνται προς τα νότια σε τεράστια ρήγματα. Αυτά τα ρήγματα ευθύνονται επί του παρόντος για μερικούς από τους πιο καταστροφικούς σεισμούς στον πλανήτη μας. Για παράδειγμα, το 2015, ο σεισμός 7,8 βαθμών στο κεντρικό Νεπάλ προκάλεσε κατολισθήσεις που κατέστρεψαν την πόλη Λανγκτάνγκ, όπου είχα εργαστεί περίπου δώδεκα χρόνια πριν. Υπολογίζεται ότι 329 άνθρωποι πέθαναν εκεί και μόνο 14 επέζησαν.

Οι χημικές μας αναλύσεις αυτού του κρυστάλλου μοναζίτη και των κοντινών δειγμάτων δείχνουν ότι αυτοί οι βράχοι ήταν θαμμένοι βαθιά κάτω από ρήγματα ώθησης, προκαλώντας μερική τήξη και σχηματισμό του πυρήνα μοναζίτη περίπου 30 εκατομμυρίων ετών. Πριν από περίπου 10 εκατομμύρια χρόνια, οι βράχοι μεταφέρθηκαν σε ένα μεγάλο ρήγμα ώθησης, σχηματίζοντας το χείλος του μοναζίτη. Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι η κατασκευή οροσειρών διαρκεί πολύ - τουλάχιστον 30 εκατομμύρια χρόνια, σε αυτήν την περίπτωση - και ότι οι βράχοι βασικά κάνουν κύκλο μέσα από αυτές.

Μελετώντας πετρώματα σε άλλες τοποθεσίες, μπορούμε να χαρτογραφήσουμε την κίνηση αυτών των ωθήσεων και να κατανοήσουμε καλύτερα την προέλευση των Ιμαλαΐων.

Γεωδίφης με πληροφορίες από το theconversation.com