Analyse af titanium i gamle klipper skaber omvæltninger i historien om den tidlige Jord

Jordens historie er skrevet i dets elementer, men som de tektoniske plader glider og glider over og under hinanden over tid, de tilsmudser disse beviser - og med det hemmelighederne om, hvorfor Jorden kan opretholde liv.

En ny undersøgelse ledet af UChicago geokemikere omarrangerer billedet af den tidlige Jord ved at spore stien for metallisk element titanium gennem Jordens skorpe over tid. Forskningen, udgivet 22. september i Videnskab , tyder på, at betydelig tektonisk handling allerede fandt sted for 3,5 milliarder år siden - omkring en halv milliard år tidligere end i øjeblikket antaget.

Skorpen var engang lavet af ensartet mørk, magnesium- og jernrige mafiske mineraler. Men i dag ser skorpen meget anderledes ud mellem land og hav:Skorpen på land er nu en lysere farvet felsic, rig på silicium og aluminium. Det punkt, hvor disse to adskilte sig, er vigtigt, da sammensætningen af ​​mineraler påvirker strømmen af ​​næringsstoffer, der er tilgængelige for det spæde liv, der kæmper for at overleve på Jorden.

"Dette spørgsmål er blevet diskuteret, siden geologer først begyndte at tænke på sten, "sagde hovedforfatter Nicolas Dauphas, Louis Block-professoren og leder af Origins Laboratory i Institut for Geofysiske Videnskaber og Enrico Fermi Institute. "Dette resultat er en overraskelse og bestemt en omvæltning i den diskussion."

For at rekonstruere skorpen, der ændrer sig over tid, geologer ser ofte på en bestemt slags sten kaldet skifer, består af bittesmå stykker af andre klipper og mineraler, der transporteres af vand ind i mudderaflejringer og komprimeres til klippe. Det eneste problem er, at forskere skal justere tallene for at tage højde for forskellige forvitrings- og transporthastigheder. "Der er mange ting, der kan forstyrre dig, " sagde Dauphas.

For at undgå dette problem, Dauphas og hans team så på titanium i skifrene over tid. Dette grundstof opløses ikke i vand og optages ikke af planter i næringskredsløb, så de troede, at dataene ville have færre skævheder at kæmpe med.

De knuste prøver af skifersten i forskellige aldre fra hele verden og undersøgte, i hvilken form dens titanium optrådte. Proportionerne af tilstedeværende titaniumisotoper bør skifte, efterhånden som klippen skifter fra mafisk til felsisk. I stedet, de så lidt forandring over tre en halv milliard år, tyder på, at overgangen skal have fundet sted før da.

Dette ville også markere begyndelsen på pladetektonikken, da den proces menes at være nødvendig for at skabe felsisk sten.

"Med sådan et nulsvar, ser ingen forandring, det er svært at forestille sig en alternativ forklaring, " sagde Matouš Ptáček, en UChicago kandidatstuderende, der var medforfatter til undersøgelsen.

"Vores resultater kan også bruges til at spore den gennemsnitlige sammensætning af den kontinentale skorpe gennem tiden, giver os mulighed for at undersøge forsyningen af ​​næringsstoffer til havene for 3,5 milliarder år siden, sagde Nicolas Greber, den første forfatter til papiret, dengang postdoktor ved UChicago og nu ved universitetet i Genève.

Fosfor fører til liv

Spørgsmålet om næringsstoffer er vigtigt for vores forståelse af omstændighederne omkring et mystisk, men afgørende vendepunkt kaldet den store iltningsbegivenhed. Det var da ilt begyndte at dukke op som en vigtig bestanddel af Jordens atmosfære, forårsager en massiv forandring på planeten – og gør det muligt for flercellede væsener at udvikle sig.

Iltfloden kom fra en bølge af fotosyntetiske mikroorganismer; og til gengæld blev deres arbejde fremmet af en bølge af næringsstoffer til havene, især fosfor. "Fosfor er det vigtigste begrænsende næringsstof i det moderne hav. Hvis man gøder havet med fosfor, livet vil blomstre, " sagde Dauphas.

Titanium-tidslinjen antyder, at den primære udløser af stigningen af ​​fosfor var ændringen i sammensætningen af ​​mafisk sten over tid. Da Jorden afkøledes, den mafiske sten, der kom ud af vulkaner og underjordiske smeltninger, blev rigere på fosfor.

"Vi har længe vidst, at mafisk rock ændrede sig over tid, men hvad vi ikke vidste var, at deres bidrag til skorpen har været ret konsekvent, "Sagde Ptáček.