Οι ήπειροι της Γης σταθεροποιήθηκαν λόγω θερμότητας...

Ο συν-συγγραφέας της μελέτης Peter Kelemen στο Ομάν κατά τη διάρκεια επιτόπιας έρευνας. Φωτογραφία: Kevin Krajick

Οι ήπειροι της Γης σταθεροποιήθηκαν λόγω θερμότητας τύπου φούρνου, αποκαλύπτει μελέτη.

Για δισεκατομμύρια χρόνια, οι ήπειροι της Γης παρέμειναν αξιοσημείωτα σταθερές, αποτελώντας τα θεμέλια για βουνά, οικοσυστήματα και πολιτισμούς. Αλλά το μυστικό της σταθερότητάς τους έχει προβληματίσει τους επιστήμονες για περισσότερο από έναν αιώνα. Τώρα, μια νέα μελέτη από ερευνητές στο Penn State και το Πανεπιστήμιο Columbia παρέχει τα πιο σαφή στοιχεία μέχρι στιγμής για το πώς οι γεωμορφές έγιναν και παρέμειναν τόσο σταθερές - και το βασικό συστατικό είναι η θερμότητα.

Σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε στις 13 Οκτωβρίου στο περιοδικό Nature Geoscience , οι ερευνητές - ο Peter Kelemen , γεωλόγος στο Lamont-Doherty Earth Observatory, το οποίο αποτελεί μέρος της Columbia Climate School, και ο Andrew Smye, ​​αναπληρωτής καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State - απέδειξαν ότι ο σχηματισμός σταθερού ηπειρωτικού φλοιού - του είδους που διαρκεί δισεκατομμύρια χρόνια - απαιτούσε θερμοκρασίες που υπερέβαιναν τους 900 βαθμούς Κελσίου στον κατώτερο ηπειρωτικό φλοιό του πλανήτη. Τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες, είπαν, ήταν απαραίτητες για την ανακατανομή ραδιενεργών στοιχείων όπως το ουράνιο και το θόριο. Τα στοιχεία παράγουν θερμότητα καθώς αποσυντίθενται, έτσι ώστε καθώς μετακινούνται από τον πυθμένα προς την κορυφή του φλοιού, μετέφεραν θερμότητα μαζί τους και επέτρεψαν στον βαθύ φλοιό να κρυώσει και να ενισχυθεί.

Οι επιπτώσεις της ανακάλυψης ξεπερνούν τη γεωλογία, ανέφεραν οι ερευνητές, ανοίγοντας δρόμους για σύγχρονες εφαρμογές όπως η εξερεύνηση κρίσιμων ορυκτών - τα οποία είναι απαραίτητα για σύγχρονες τεχνολογίες όπως τα smartphones, τα ηλεκτρικά οχήματα και τα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας - και η αναζήτηση κατοικήσιμων πλανητών.

Οι διεργασίες που σταθεροποίησαν τον φλοιό της Γης κινητοποίησαν επίσης τα στοιχεία των σπάνιων γαιών - λίθιο, κασσίτερο και βολφράμιο - παρέχοντας νέες ενδείξεις για το πού να τα βρούμε. Οι ίδιες διεργασίες που προώθησαν τη σταθερότητα του ηπειρωτικού φλοιού είναι πιθανό να λειτουργούν και σε άλλους πλανήτες παρόμοιους με τη Γη, ανέφεραν οι ερευνητές, προσφέροντας στους πλανητικούς επιστήμονες νέα σημάδια για να αναζητήσουν ζωή σε άλλους κόσμους.

«Οι σταθερές ήπειροι αποτελούν προϋπόθεση για την κατοικησιμότητα, αλλά για να αποκτήσουν αυτή τη σταθερότητα, πρέπει να ψυχθούν», δήλωσε ο Smye, ​​ο κύριος συγγραφέας της εργασίας. «Για να ψυχθούν, πρέπει να μετακινήσουν όλα αυτά τα στοιχεία που παράγουν θερμότητα - ουράνιο, θόριο και κάλιο - προς την επιφάνεια, επειδή αν αυτά τα στοιχεία παραμείνουν βαθιά, δημιουργούν θερμότητα και λιώνουν τον φλοιό».

Ο ηπειρωτικός φλοιός όπως τον γνωρίζουμε εμφανίστηκε στη Γη πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια, είπε. Πριν από αυτή την εποχή, ο φλοιός είχε μια σαφώς διαφορετική σύνθεση από την πλούσια σε πυρίτιο σύνθεση του σημερινού σύγχρονου φλοιού. Οι επιστήμονες εδώ και καιρό πίστευαν ότι η τήξη του προϋπάρχοντος φλοιού είναι ένα σημαντικό συστατικό της συνταγής που παράγει τις σταθερές ηπειρωτικές πλάκες που υποστηρίζουν τη ζωή. Ωστόσο, πριν από αυτή τη μελέτη, δεν είχε αναγνωριστεί ότι ο φλοιός πρέπει να φτάσει σε ακραίες θερμοκρασίες για να γίνει σταθερός.

«Ουσιαστικά βρήκαμε μια νέα συνταγή για το πώς να φτιάξουμε ηπείρους: πρέπει να θερμανθούν πολύ περισσότερο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, περίπου 200 βαθμούς Κελσίου», είπε ο Smye. 

«Σκεφτείτε τη σφυρηλάτηση χάλυβα», είπε.

«Το μέταλλο θερμαίνεται μέχρι να γίνει αρκετά μαλακό ώστε να μπορεί να διαμορφωθεί μηχανικά με χτυπήματα με σφυρί», είπε ο Smye. «Αυτή η διαδικασία παραμόρφωσης του μετάλλου υπό ακραίες θερμοκρασίες αναδιαμορφώνει τη δομή του μετάλλου και απομακρύνει τις ακαθαρσίες - και οι δύο ενισχύουν το μέταλλο, καταλήγοντας στην ανθεκτικότητα του υλικού που ορίζει τον σφυρήλατο χάλυβα. Με τον ίδιο τρόπο, οι τεκτονικές δυνάμεις που εφαρμόζονται κατά τη δημιουργία των ορεινών ζωνών σφυρηλατούν τις ηπείρους. Δείξαμε ότι αυτή η σφυρηλάτηση του φλοιού απαιτεί έναν κλίβανο ικανό για εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες».

Για να καταλήξει στα συμπεράσματά της, η ομάδα έλαβε δείγματα πετρωμάτων από τις Άλπεις στην Ευρώπη και τις νοτιοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς και εξέτασε δημοσιευμένα δεδομένα από την επιστημονική βιβλιογραφία. Ανέλυσαν χημικά δεδομένα ολόκληρου του πετρώματος από εκατοντάδες δείγματα μεταιζηματικών και μεταμαγνητικών πετρωμάτων - των τύπων πετρωμάτων που αποτελούν μεγάλο μέρος του κατώτερου φλοιού - και στη συνέχεια κατηγοριοποίησαν τα δείγματα με βάση τις μέγιστες μεταμορφικές θερμοκρασίες τους, όταν τα πετρώματα υφίστανται φυσικές και χημικές αλλαγές ενώ παραμένουν ως επί το πλείστον στερεά.

Οι ερευνητές διέκριναν μεταξύ συνθηκών υψηλής και εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας. Ο Smye και ο συν-συγγραφέας του Kelemen παρατήρησαν μια εντυπωσιακή συνέπεια στις συνθέσεις των πετρωμάτων που είχαν λιώσει σε θερμοκρασίες άνω των 900 βαθμών Κελσίου: είχαν σημαντικά χαμηλότερες συγκεντρώσεις ουρανίου και θορίου σε σύγκριση με εκείνες σε πετρώματα που είχαν λιώσει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. 

«Είναι σπάνιο να βλέπεις ένα συνεπές σήμα σε βράχους από τόσα πολλά διαφορετικά μέρη», είπε ο Smye. «Είναι μια από εκείνες τις στιγμές εύρηκα που σκέφτεσαι, 'η φύση προσπαθεί να μας πει κάτι εδώ'».

Εξήγησε ότι η τήξη στους περισσότερους τύπους πετρωμάτων συμβαίνει όταν η θερμοκρασία ξεπερνά τους 650°C ή λίγο πάνω από έξι φορές πιο ζεστή από το βραστό νερό. Συνήθως, όσο πιο βαθιά προχωράτε στον φλοιό, η θερμοκρασία αυξάνεται κατά περίπου 20°C για κάθε χιλιόμετρο βάθους. Δεδομένου ότι η βάση των περισσότερων σταθερών ηπειρωτικών πλακών έχει πάχος περίπου 30 έως 40 χιλιόμετρα, οι θερμοκρασίες των 900°C δεν είναι τυπικές και τους ανάγκασαν να επανεξετάσουν τη δομή της θερμοκρασίας.

Ο Smye εξήγησε ότι νωρίτερα στην ιστορία της Γης, η ποσότητα θερμότητας που παράγεται από τα ραδιενεργά στοιχεία που αποτελούσαν τον φλοιό - ουράνιο, θόριο και κάλιο - ήταν περίπου διπλάσια από αυτήν που είναι σήμερα. 

«Υπήρχε περισσότερη θερμότητα διαθέσιμη στο σύστημα», είπε. «Σήμερα, δεν θα περιμέναμε να παραχθεί τόσο σταθερός φλοιός επειδή υπάρχει λιγότερη θερμότητα διαθέσιμη για να σφυρηλατηθεί».

Πρόσθεσε ότι η κατανόηση του πώς αυτές οι αντιδράσεις εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας μπορούν να κινητοποιήσουν στοιχεία στον φλοιό της Γης έχει ευρύτερες επιπτώσεις στην κατανόηση της κατανομής και της συγκέντρωσης κρίσιμων ορυκτών, μιας ιδιαίτερα περιζήτητης ομάδας μετάλλων που έχει αποδειχθεί δύσκολη η εξόρυξη και ο εντοπισμός τους. Εάν οι επιστήμονες μπορούν να κατανοήσουν τις αντιδράσεις που ανακατανέμουν για πρώτη φορά τα πολύτιμα στοιχεία, θεωρητικά θα μπορούσαν να εντοπίσουν καλύτερα νέες αποθέσεις των υλικών σήμερα.

«Εάν αποσταθεροποιήσετε τα ορυκτά που περιέχουν ουράνιο, θόριο και κάλιο, απελευθερώνετε επίσης πολλά στοιχεία σπάνιων γαιών», είπε.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα columbia.edu

περισσότερα,

Το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ χρηματοδότησε αυτήν την έρευνα.

Προσαρμοσμένο από δελτίο τύπου που γράφτηκε από τη Marina Naumova για το Πανεπιστήμιο Penn State.

https://news.climate.columbia.edu/2025/10/31/earths-continents-stabilized-due-to-furnace-like-heat-study-reveals/