Forskere opdager de hotteste lavaer, der brød ud i de sidste 2,5 milliarder år

Et internationalt team af forskere ledet af geovidenskabsfolk fra Virginia Tech College of Science opdagede for nylig, at dybe dele af Jordens kappe kan være lige så varmt, som det var for mere end 2,5 milliarder år siden.

Studiet, ledet af Esteban Gazel, en assisterende professor ved Virginia Tech's Department of Geosciences, og hans doktorand Jarek Trela ​​fra Deer Park, Illinois, er offentliggjort i seneste nummer af Natur Geovidenskab . Undersøgelsen bringer nye, hidtil uset bevis for den termiske udvikling af den dybe jord i løbet af de sidste 2,5 milliarder år, Sagde Gazel.

Den arkæiske eon – der dækker fra 2,5 til 4 milliarder år siden – er en af ​​de mest gådefulde tider i vores planets udvikling, sagde Gazel. I denne periode, temperaturen på Jordens kappe – silikatområdet mellem skorpen og den ydre kerne – var varmere end i dag, på grund af en større mængde radioaktiv varme produceret fra henfaldet af elementer som kalium, thorium, og uran. Fordi Jorden var varmere i denne periode, dette interval af geologisk tid er præget af udbredelsen af ​​forekomsten af ​​en unik sten kendt som komatiite.

"Komatiitter er dybest set superhotte versioner af lavastrømme i hawaiiansk stil, " sagde Gazel. "Du kan forestille dig en hawaiiansk lavastrøm, kun komatiitter var så varme, at de lyste hvide i stedet for røde, og de flød på en planetarisk overflade med meget forskellige atmosfæriske forhold, ligner mere Venus end planeten, vi lever på i dag. "

Jorden holdt i det væsentlige op med at producere rigelige varme komatiitter efter den arkæiske æra, fordi kappen er afkølet i løbet af de sidste 4,5 milliarder år på grund af konvektiv afkøling og et fald i radioaktiv varmeproduktion, sagde Gazel.

Imidlertid, Gazel og et team gjorde, hvad de kalder en forbløffende opdagelse, mens de studerede kemien i gamle Galapagos-relaterede lavastrømme, bevaret i dag i Mellemamerika:en pakke med lavas, der viser betingelser for smeltning og krystallisering, der ligner de mystiske arkiske komatiitter.

Gazel og samarbejdspartnere studerede et sæt klipper fra den 90 millioner år gamle Tortugal Suite i Costa Rica og fandt ud af, at de havde magnesiumkoncentrationer så høje som arkæiske komatiitter, samt teksturelle beviser for ekstremt varme lavastrømningstemperaturer.

"Eksperimentelle undersøgelser fortæller os, at magnesiumkoncentrationen af ​​basalter og komatiitter er relateret til smeltens begyndelsestemperatur, " sagde Gazel. "De hæver temperaturen, jo højere magnesiumindhold i en basalt."

Holdet studerede også sammensætningen olivin, det første mineral, der krystalliserede fra disse lavaer. Olivine - et lysegrønt mineral, som Gazel obsessivt har udforsket mange vulkaner og magmatiske områder at søge efter - er et yderst nyttigt værktøj til at studere en række forhold relateret til oprindelsen af ​​en lavastrøm, fordi det er den første mineralfase, der krystalliserer, når en kappe smelte afkøles. Oliviner bærer også indeslutninger af glas - der engang var smeltet - og andre mindre mineraler, der er nyttige til at tyde hemmelighederne i den dybe Jord.

"Vi brugte sammensætningen af ​​olivin som et andet termometer til at bekræfte, hvor varme disse lava var, da de begyndte at afkøle, "Gazel sagde." Du kan bestemme den temperatur, som basaltisk lava begyndte at krystallisere ved at analysere sammensætningen af ​​olivin og indeslutninger af et andet mineral kaldet spinel. Ved højere temperaturer, olivin vil inkorporere mere aluminium i sin struktur og spinel vil inkorporere mere chrom. Hvis du ved, hvor meget af disse grundstoffer er til stede i hvert mineral, så kender du temperaturen, hvorved de krystalliserede."

Holdet fandt ud af, at Tortugal-oliviner krystalliserede ved en temperatur nær 2, 900 grader Fahrenheit (1, 600 grader Celsius) - så højt som temperaturer registreret af oliviner fra komatiitter - hvilket gør dette til en ny rekord for lavatemperaturer i de sidste 2,5 milliarder år.

Gazel og samarbejdspartnere foreslår i deres undersøgelse, at Jorden muligvis stadig er i stand til at producere komatiit-lignende smelter. Deres resultater tyder på, at Tortugal -lavaer sandsynligvis stammer fra den varme kerne i Galapagos -kappe -fjorden, der begyndte at producere smelter for næsten 90 millioner år siden og har været aktiv siden.

En kappefane er en dyb jordstruktur, der sandsynligvis stammer fra planetens kerne-kappegrænse. Når det nærmer sig planetens overflade, begynder det at smelte, danner træk kendt som hotspots som dem, der findes på Hawaii eller Galapagos. Geologer kan derefter studere disse hotspot lavastrømme og bruge deres geokemiske oplysninger som et vindue ind i den dybe Jord.

"Det, der virkelig er fascinerende ved denne undersøgelse, er, at vi viser, at planeten stadig er i stand til at producere lava så varme som i den arkeiske tidsperiode, " sagde Gazel. "Baseret på vores resultater fra Tortugal lavaer, vi tror, ​​at kappefaner 'tapper' en dyb, varme område af kappen, der ikke er afkølet ret meget siden Archean. Vi tror, ​​at denne region sandsynligvis opretholdes af varme fra den krystalliserende kerne på planeten. "

"Dette er en virkelig interessant opdagelse, og vi vil fortsætte med at undersøge Tortugal, " sagde Trela, en ph.d.-studerende og den første forfatter til papiret. "Selvom Tortugal Suite først blev opdaget og dokumenteret for mere end 20 år siden, det var ikke før nu, at vi har teknologien og den eksperimentelle støtte til bedre at forstå de globale implikationer af denne placering."

Trela ​​tilføjede, "Vores nye data tyder på, at denne klippe -pakke giver en enorm mulighed for at besvare centrale spørgsmål vedrørende jordens tilvækst, dens termiske udvikling, og de geokemiske budskaber, som kappe fjerninger bringer til overfladen af ​​planeten. "