En række heldige begivenheder - Antarktiske zirkoner fortæller historien om tidlig vulkanisme

Geovidenskabsmænd fra Michigan Technological University, University of Wisconsin Oshkosh og ETH Zurich har sporet alder og kemiske signaturer lagret i små zirkonmineraler for at undersøge genanvendelsen af ​​kulstof fra kappen til overfladen gennem tiden.

En bedre forståelse af disse ændringer i kulstofgenanvendelse hjælper med at forbedre modeller om, hvordan planetens tidlige processer gik over fra den kolde sneboldjord med næsten globalt isdække til mere tempererede svingninger mellem istider og opvarmningsperioder. Holdets forskning vil blive offentliggjort i Natur Geovidenskab næste mandag.

"Geokemien afspejler en uligevægt - og Jorden er nødt til at fordrive alt det for at forsøge at komme tilbage til ligevægt, " siger Chad Deering, en af ​​medforfatterne og en assisterende professor i geologi ved Michigan Tech. "Det, vi foreslår, er, at en række begivenheder skulle falde sammen for i sidste ende at føre til de optimale forhold, der kræves for at frigive en unormal mængde kulstof."

Den kemiske ændring er registreret på skalaen af ​​kontinenter, men detaljerne i den kontinent-bygning er låst i lag-for-lag krystalstrukturer af små zirkoner indsamlet fra Antarktis. Nogle af mineralerne er mindre end 100 mikron, knap så bredt som et gennemsnitligt menneskehår.

"Vi fokuserede på at se på sporstofferne i de zirkoner, " Deering siger. "Der er et klassificeringssystem, som vi bruger til at bestemme den oprindelige stentype, som mineralet voksede i, som så fortæller os, hvilken slags magma der efterlod den særlige kemiske signatur af sporstoffer."

ETH Zürich-laboratoriet brugte derefter uran-bly-datering til at bestemme, hvor gamle prøverne er. I betragtning af datoer og sporstoffer, Det, Deering og hans team observerede, er et højdepunkt i kulstofemitterende magmatyper, der fandt sted for mellem 500 og 700 millioner år siden i Ediacaran-perioden. Hvad det betyder er, at en betydelig mængde kulstof sandsynligvis blev frigivet.

Vulkaner udsender en masse kuldioxid - nogle meget mere end andre. Alkaliske vulkaner som Etna i Italien og Mount Erebus i Antarktis dværger kulstofproduktionen fra andre vulkaner med 10 til 50 gange. Og det er den samme type vulkanisme, som blev identificeret i de zirkoner, der blev undersøgt af Deering.

"Alkaliske magmaer produceres ved at smelte en lille smule af kappen, " forklarer han, tilføjer, at mens sjælden og lille i volumen, deres betydning er i mængden af ​​kuldioxid, der er båndet ud og de særlige forhold, de dannes under. "Det, der sker, når subduktion sker, er, at kappen bliver 'forurenet' med flygtigt materiale fra jordens overflade - vand, kulstof, svovl."

Ændringerne op til denne betydningsfulde begivenhed er langsomme – sker over hundreder af millioner af år – og har store konsekvenser. Efterhånden som Jorden afkøles gennem tiden, og kappen bliver mere og mere forurenet, det vil til sidst generere alkalisk magma, der kan bryde ud ved overfladen. Den køligere subduktion og kappeforurening kan producere sten kendt som blueschists, veldokumenteret i rockrekorden under Ediacaran-perioden, sammen med alkalisk vulkanisme. Efter pulsen af ​​kulstofrig vulkanisme, atmosfæriske kuldioxidspidser, som også er registreret i kulstofisotopregistret, ledsaget af en opvarmningsperiode. Alt i alt, denne række af begivenheder gav anledning til atmosfæren og geologiske cyklusser, der formede planeten, som den er i dag.

"For at oprette en tidslinje, vi skulle have datoer på et betydeligt antal zirkoner, der spænder over mange hundrede millioner år, " siger Deering. "I bund og grund, vi opdagede, at der gennem hele Jordens historie var en særlig betydelig puls af kulstof, der blev udsendt umiddelbart før den kambriske eksplosion, den vigtigste fremkomst af liv, der endnu ikke har fundet sted."

Hentet fra små zirkoner, holdet brugte de kemiske signaturer fra gamle vulkaner til at fastslå, at en række heldige begivenheder fandt sted, da de ældste kontinenter blev bygget og materialer genanvendt fra overfladen for til sidst at forme vores moderne kulstofkredsløb.