Et kort, der udfylder et hul på 500 millioner år i Jordens historie

Jorden anslås at være omkring 4,5 milliarder år gammel, med liv, der først dukkede op for omkring 3 milliarder år siden.

At opklare denne utrolige historie, videnskabsmænd bruger en række forskellige teknikker til at bestemme, hvornår og hvor kontinenter flyttede, hvordan livet udviklede sig, hvordan klimaet ændrede sig over tid, da vores oceaner steg og faldt, og hvordan jorden blev formet. tektoniske plader – de enorme, konstant bevægelige stenplader, der udgør det yderste lag af Jorden, skorpen – er centrale i alle disse undersøgelser.

Sammen med vores kolleger, vi har offentliggjort det første pladetektoniske kort over en halv milliard år af Jordens historie, fra 1, 000 millioner år siden til 520 millioner år siden.

Tidsintervallet er afgørende. Det er en periode, hvor Jorden gennemgik de mest ekstreme klimaudsving, man kender, fra "Snowball Earth" iskolde ekstremer til supervarme drivhusforhold, når atmosfæren fik en større indsprøjtning af ilt og når flercellet liv dukkede op og eksploderede i mangfoldighed.

Nu med dette første globale kort over pladetektonik gennem denne periode, vi (og andre) kan begynde at vurdere pladetektoniske processers rolle på andre jordsystemer og endda tage fat på, hvordan bevægelse af strukturer dybt i vores jord kan have varieret over en milliard års cyklus.

Jorden bevæger sig under vores fødder

Den moderne Jords tektoniske pladegrænser er kortlagt i ulidelige detaljer.

I den moderne jord, globale positioneringssatellitter bruges til at kortlægge, hvordan Jorden ændrer sig og bevæger sig. Vi ved, at opstigende faner af varm sten fra over 2, 500 km dybt i planetens kappe (laget under jordskorpen) ramte planetens solide carapace (skorpen og den øverste del af kappen). Dette tvinger stive overflade tektoniske plader til at bevæge sig i takt med en fingernegls vækst.

På den anden side af de op-brønde varme bjergfaner er områder kendt som subduktionszoner, hvor store områder af havbunden styrter ned i den dybe Jord. Til sidst ramte disse nedadgående oceaniske plader grænsen mellem Jordens kerne- og kappelag, omkring 2, 900 km ned. De kommer sammen, danner termiske eller kemiske akkumuleringer, der til sidst udspringer af disse op-brøndzoner.

Det er fascinerende ting, men disse processer skaber også problemer for forskere, der forsøger at se tilbage i tiden. Planeten kan kun kortlægges direkte over dens sidste 200 millioner år. Inden da, tilbage over de foregående fire milliarder år, størstedelen af ​​planetens overflade mangler, da al den skorpe, der lå under havene, er blevet ødelagt gennem subduktion. Oceanisk skorpe holder bare ikke:den bliver konstant trukket dybt tilbage i jorden, hvor det er utilgængeligt for videnskaben.

Kortlægning af jorden i dyb tid

Så hvad gjorde vi for at kortlægge Jorden i dyb tid? For at finde ud af, hvor tallerkenmargenerne var, og hvordan de ændrede sig, vi ledte efter proxyer – eller alternative repræsentationer – af plademarginer i den geologiske registrering.

Vi fandt sten, der dannede sig over subduktionszoner, ved kontinentale kollisioner, eller i sprækkerne, hvor plader flåede fra hinanden. Vores data kom fra sten fundet på steder, herunder Madagaskar, Etiopien og det fjerne vestlige Brasilien. Det nye kort og tilhørende arbejde er resultatet af et par årtiers arbejde af mange fremragende ph.d.-studerende og kolleger fra hele verden.

Vi har nu flere detaljer, og udsigt til langt længere tilbage i geologisk tid, end tidligere var tilgængelige for dem, der studerede Jorden.

Ved at bruge andre metoder, breddegrader af kontinenter i fortiden kan beregnes, som nogle jernbærende sten fryser magnetfeltet i dem, når de dannes. Det er som et fossilt kompas, med nålen pegende ned i jorden i en vinkel, der er relateret til den breddegrad, hvor den blev dannet - nær ækvator er magnetfeltet nogenlunde parallelt med jordens overflade, ved pælene styrter den direkte ned. Du kan se dette i dag, hvis du køber et kompas i Australien og tager det med til Canada:kompasset vil ikke fungere særlig godt, som nålen vil pege ned i Jorden. Kompasnåle er altid afbalanceret for at forblive stort set vandret i det område, de er designet til at arbejde i.

Men, disse såkaldte "paleomagnetiske" målinger er svære at udføre, og det er ikke let at finde sten, der bevarer disse optegnelser. Også, de fortæller os kun om kontinenterne og ikke om pladekanterne eller oceanerne.

Hvorfor kortlægge oldtidens pladetektonik?

Manglen på gamle tektoniske kort har udgjort et stort problem for, hvordan vi forstår vores Jord.

Tektoniske plader påvirker mange processer på Jorden, herunder klimaet, biosfæren (livssfæren på den ydre del af planeten), og hydrosfæren (vandets kredsløb og hvordan det cirkulerer rundt på planeten og hvordan dets kemi varierer).

Ved blot at omfordele tektoniske plader, og derved flytte positionerne (bredde- og længdegrader) af kontinenter og oceaner, kontrol er placeret på, hvor forskellige planter og dyr kan leve og vandre.

Pladegrænsesteder styrer også, hvordan havstrømme omfordeler varme og vandkemi. Forskellige vandmasser i havet indeholder subtilt forskellige elementer og deres forskellige former, kendt som isotoper. For eksempel, vand i de dybe oceaner var ofte ikke ved overfladen i mange mange tusinde år, og har en anden sammensætning end vandet i øjeblikket på havets overflade. Dette er vigtigt, fordi forskellige vandmasser indeholder forskellige mængder af næringsstoffer, omfordele dem til forskellige dele af jorden, ændre potentialet for liv forskellige steder.

Tektoniske plader påvirker også, hvor meget af solens stråling, der reflekteres tilbage til rummet, ændring af jordens temperatur.

Hvor hurtigt tektoniske plader bevæger sig har også varieret over tid. I forskellige perioder i Jordens historie var der flere vulkaner i midten af ​​havet, end der er i dag, skabe vandbevægelse såsom at skubbe havvand op over kontinenterne. På disse tidspunkter, nogle typer vulkanudbrud var hyppigere, pumpe mere gas ud i atmosfæren.

Bjergkæder dannes, når tektoniske plader støder sammen, som påvirker hav- og atmosfæriske strømme samt udsætter sten for at blive eroderet. Dette låser drivhusgasser op, og frigiver næringsstoffer til havet.

Forstå oldtidens pladetektonik, og vi går et stykke hen imod at forstå det gamle jordsystem. Og jorden som den er i dag, og ind i fremtiden.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.