Πώς σταθεροποιήθηκαν οι ήπειροι;

Αυτοί οι αρχαίοι μεταμορφωμένοι βράχοι που ονομάζονται γνεύσιοι, που βρέθηκαν στην Αρκτική ακτή, αντιπροσωπεύουν τις ρίζες των ηπείρων που είναι τώρα εκτεθειμένες στην επιφάνεια. Οι επιστήμονες είπαν ότι τα ιζηματογενή πετρώματα που εναλλάσσονται σε αυτούς τους τύπους πετρωμάτων θα παρέχουν μια θερμική μηχανή για τη σταθεροποίηση των ηπείρων. Φωτογραφία: Jesse Reimink

Μελέτη αποκαλύπτει νέο μηχανισμό για να εξηγήσει πώς σταθεροποιήθηκαν οι ήπειροι.

Οι αρχαίες, εκτεταμένες εκτάσεις του ηπειρωτικού φλοιού που ονομάζονται κρατώνια έχουν βοηθήσει να διατηρηθούν σταθερές οι ήπειροι της Γης για δισεκατομμύρια χρόνια, ακόμη και όταν οι χερσαίες μάζες μετατοπίζονται, τα βουνά υψώνονται και σχηματίζονται ωκεανοί. 

Ένας νέος μηχανισμός που προτάθηκε από επιστήμονες του Penn State μπορεί να εξηγήσει πώς σχηματίστηκαν πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια, μία απάντηση σε ένα διαρκές ερώτημα στη μελέτη της ιστορίας της Γης.

Οι επιστήμονες ανέφεραν  στο περιοδικό Nature ότι οι ήπειροι μπορεί να μην έχουν αναδυθεί από τους ωκεανούς της Γης ως σταθερές χερσαίες μάζες, το σήμα κατατεθέν των οποίων είναι ένας ανώτερος φλοιός εμπλουτισμένος σε γρανίτη. Αντίθετα, η έκθεση φρέσκου βράχου στον άνεμο και τη βροχή πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια πυροδότησε μια σειρά από γεωλογικές διεργασίες που τελικά σταθεροποίησαν τον φλοιό -επιτρέποντας στον φλοιό να επιβιώσει για δισεκατομμύρια χρόνια χωρίς να καταστραφεί ή να επαναρυθμιστεί.

Τα ευρήματα μπορεί να αντιπροσωπεύουν μια νέα κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξελίσσονται δυνητικά κατοικήσιμοι πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη, είπαν οι επιστήμονες.

«Για να φτιάξετε έναν πλανήτη σαν τη Γη, πρέπει να δημιουργήσετε ηπειρωτικό φλοιό και πρέπει να σταθεροποιήσετε αυτόν τον φλοιό», δήλωσε ο Jesse Reimink, επίκουρος καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State και συγγραφέας της μελέτης. «Οι επιστήμονες τα έχουν σκεφτεί ως το ίδιο πράγμα - οι ήπειροι έγιναν σταθερές και μετά αναδύθηκαν πάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Αλλά αυτό που λέμε είναι ότι αυτές οι διαδικασίες είναι ξεχωριστές».

Τα κρατώνια εκτείνονται περισσότερα από 150 χιλιόμετρα, ή 93 μίλια, από την επιφάνεια της Γης έως τον ανώτερο μανδύα - όπου λειτουργούν σαν την καρίνα ενός σκάφους, κρατώντας τις ηπείρους να επιπλέουν στο επίπεδο της θάλασσας ή κοντά σε όλο τον γεωλογικό χρόνο, είπαν οι επιστήμονες.

Οι καιρικές συνθήκες μπορεί να έχουν τελικά συγκεντρωμένα στοιχεία που παράγουν θερμότητα όπως το ουράνιο, το θόριο και το κάλιο στον ρηχό φλοιό, επιτρέποντας στον βαθύτερο φλοιό να κρυώσει και να σκληρύνει. Αυτός ο μηχανισμός δημιούργησε ένα παχύ, σκληρό στρώμα βράχου που μπορεί να προστάτευε τους πυθμένες των ηπείρων από την παραμόρφωση αργότερα - χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτών των μαζών, είπαν οι επιστήμονες.

Η συνταγή

«Η συνταγή για τη δημιουργία και τη σταθεροποίηση του ηπειρωτικού φλοιού περιλαμβάνει τη συγκέντρωση αυτών των στοιχείων που παράγουν θερμότητα - τα οποία μπορούν να θεωρηθούν ως μικρές θερμικές μηχανές -- πολύ κοντά στην επιφάνεια», δήλωσε ο Andrew Smye, αναπληρωτής καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State και συγγραφέας. της μελέτης. «Πρέπει να το κάνετε γιατί κάθε φορά που ένα άτομο ουρανίου, θορίου ή καλίου διασπάται, απελευθερώνει θερμότητα που μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία του φλοιού. Η καυτή κρούστα είναι ασταθής - είναι επιρρεπής σε παραμόρφωση και δεν κολλάει».

Καθώς ο άνεμος, η βροχή και οι χημικές αντιδράσεις κατέστρεφαν πετρώματα στις πρώιμες ηπείρους, τα ιζήματα και τα ορυκτά αργίλου ξεπλύθηκαν σε ρυάκια και ποτάμια και μεταφέρθηκαν στη θάλασσα όπου δημιούργησαν ιζηματογενή κοιτάσματα όπως σχιστόλιθοι που είχαν υψηλές συγκεντρώσεις ουρανίου, θορίου και καλίου είπαν οι επιστήμονες.

Οι συγκρούσεις μεταξύ τεκτονικών πλακών έθαψαν αυτά τα ιζηματογενή πετρώματα βαθιά στον φλοιό της Γης, όπου η ραδιογενής θερμότητα που απελευθερώθηκε από τον σχιστόλιθο προκάλεσε την τήξη του κατώτερου φλοιού. Τα τήγματα ήταν πλευστά και ανέβαιναν πίσω στον ανώτερο φλοιό, παγιδεύοντας τα στοιχεία που παράγουν θερμότητα εκεί σε βράχους όπως ο γρανίτης και επιτρέποντας στον κάτω φλοιό να κρυώσει και να σκληρύνει.

Τα κρατώνια πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν πριν από 3 έως 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια -μια εποχή που ραδιενεργά στοιχεία όπως το ουράνιο θα είχαν αποσυντεθεί με ρυθμό περίπου διπλάσιο και θα απελευθέρωναν διπλάσια θερμότητα από σήμερα.

Το έργο υπογραμμίζει ότι η εποχή που σχηματίστηκαν στην πρώιμη μέση Γη ήταν μοναδικά κατάλληλη για τις διαδικασίες που μπορεί να τους οδήγησαν στο να γίνουν σταθεροί, είπε ο Reimink.

«Μπορούμε να το σκεφτούμε αυτό ως ένα ερώτημα πλανητικής εξέλιξης», είπε ο Reimink. «Ένα από τα βασικά συστατικά που χρειάζεστε για να φτιάξετε έναν πλανήτη σαν τη Γη μπορεί να είναι η εμφάνιση ηπείρων σχετικά νωρίς στη διάρκεια της ζωής του. Επειδή πρόκειται να δημιουργήσετε ραδιενεργά ιζήματα που είναι πολύ καυτά και που παράγουν μια πραγματικά σταθερή περιοχή ηπειρωτικού φλοιού που ζει ακριβώς γύρω από το επίπεδο της θάλασσας και είναι ένα εξαιρετικό περιβάλλον για τη διάδοση της ζωής».

Οι ερευνητές ανέλυσαν τις συγκεντρώσεις ουρανίου, θορίου και καλίου από εκατοντάδες δείγματα πετρωμάτων από την αρχαϊκή περίοδο, όταν σχηματίστηκαν τα κρατώνια, για να αξιολογήσουν τη ραδιογενή θερμική παραγωγικότητα με βάση τις πραγματικές συνθέσεις πετρωμάτων. Χρησιμοποίησαν αυτές τις τιμές για να δημιουργήσουν θερμικά μοντέλα σχηματισμού τους.

«Προηγουμένως οι άνθρωποι εξέταζαν τις επιπτώσεις της αλλαγής της ραδιογενούς παραγωγής θερμότητας με την πάροδο του χρόνου», είπε ο Smye. «Αλλά η μελέτη μας συνδέει την παραγωγή θερμότητας από πέτρες με την εμφάνιση ηπείρων, τη δημιουργία ιζημάτων και τη διαφοροποίηση του ηπειρωτικού φλοιού».

Συνήθως βρίσκονται στο εσωτερικό των ηπείρων, τα κρατώνια περιέχουν μερικούς από τους παλαιότερους βράχους στη Γη, αλλά παραμένουν δύσκολο να μελετηθούν. Σε τεκτονικά ενεργές περιοχές, ο σχηματισμός της ορεινής ζώνης θα μπορούσε να φέρει στην επιφάνεια πετρώματα που κάποτε είχαν θαφτεί βαθιά κάτω από τη γη.

Αλλά η προέλευση των παραμένει βαθιά υπόγεια και είναι απρόσιτη. Οι επιστήμονες είπαν ότι μελλοντικές εργασίες θα περιλαμβάνουν δειγματοληψία αρχαίων εσωτερικών χώρων κρατωνιών και, ίσως, διάτρηση δειγμάτων πυρήνα για να δοκιμάσουν το μοντέλο τους.

«Αυτά τα μεταμορφωμένα ιζηματογενή πετρώματα που έχουν λιώσει και παράγουν γρανίτες συγκεντρώνουν ουράνιο και θόριο και σαν ένα μαύρο κουτί καταγράφουν την πίεση και τη θερμοκρασία», είπε ο Smye. «Και αν μπορέσουμε να ξεκλειδώσουμε αυτό το αρχείο, μπορούμε να δοκιμάσουμε τις προβλέψεις του μοντέλου μας για την πορεία πτήσης του ηπειρωτικού φλοιού».

Γεωδίφης με πληροφορίες από sciencedaily.com

Πηγές:

1.Penn State

2.Jesse R. Reimink, Andrew J. Smye. Subaerial weathering drove stabilization of continents. Nature, 2024; DOI: 10.1038/s41586-024-07307-1

3.https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240508113136.htm