Hvordan Pilbara blev dannet for mere end 3 milliarder år siden

Den fjerntliggende Pilbara -region i det nordlige vestlige Australien er en af ​​Jordens ældste blokke af kontinentalkorps, og vi tror nu, at vi ved, hvordan det dannede sig, som forklaret i forskning offentliggjort i dag i Naturgeovidenskab .

Regionen er kendt for sine rige, gammel aboriginsk historie, der strækker sig over mindst 40, 000 år. Det har også et utroligt mangfoldigt økosystem, med mange arter, der ikke findes andre steder.

Arkitekturen i denne gamle skorpe fører til et karakteristisk landskab set ovenfra, med lyse ovale træk, der er granitkupler omgivet af mørke bælter af vulkanske og sedimentære klipper, kendt som greenstone bælter.

Denne unikke geologiske arkitektur vidner om vores planets historie.

Milliarder af år siden

Pilbara -regionen begyndte at danne mere end 3,6 milliarder år siden, og vores forskning understøtter ideen om, at dens klipper ikke blev dannet gennem de platetektoniske processer, som vi ser i drift i dag.

I pladetektonik, det yderste lag af jorden består af fragmenterede, stive "tektoniske plader", der driver hen over planetoverfladen, interagerer ved deres grænser. Ny skorpe genereres og ødelægges ved pladegrænser, og denne proces er forbundet med det meste af Jordens nuværende vulkanske og jordskælvsaktivitet.

Pladegrænserne består generelt af ret lige segmenter, flere hundrede kilometer lang. Vidne til den lange kæde af vulkaner langs Sydamerikas vestkyst.

Så hvorfor udviser klipperne i Pilbara denne usædvanlige geometri af granit-greenstone?

I vores forskning beskriver vi, hvordan disse sten dannede sig, beskriver en række "gravitationsvæltning" -hændelser, der påvirkede den gamle skorpe i den østlige Pilbara godt før pladetektoniske processer begyndte for omkring 3,2 milliarder år siden.

Gravitationsvæltning

Hvad er en gravitationsvæltning? Den unge Jorden stegte varm. Dens store varmeindhold resulterede i udbredt vulkanisme. Det var for varmt til, at de stive plader, der kræves for pladetektonik, kunne fungere.

Forestil dig at hente en længe glemt chokoladestang fra lommen, som derefter bøjer og drypper over dine fingre, mens du forsøger at nyde en snack. (Moderne tallerkener ligner en kold chokoladestang lige fra køleskabet:den bøjer ikke og går i stykker, når du vil have et hjørne.)

Den varme tidlige jord udbrød tykke bunker af basaltlavaer, der dannede en tæt skorpe, der næsten ikke blev understøttet af den underliggende kappe. Basen af ​​denne køle skorpe oplevede yderligere opvarmning fra den varme kappe nedenunder, indtil den begyndte at smelte, frembringer relativt flydende granitiske magmaer.

Denne proces førte til en ustabil lagdeling af den gamle proto-skorpe:granitter med lav densitet blev overlejret af basalt med høj densitet. På grund af den høje varme, begge lag kunne bøje og flyde, fører til ustabilitet.

Granitklatterne ville stige, og basalterne ville synke. Forskere kalder de stigende klatter "fjer" og omorganiseringsprocessen "tyngdekraften vælter".

I den tidlige jord, med sine høje temperaturer og bløde skorpe, granitterne steg op gennem skorpen, hvor den dannede flydende stabil skorpe, mens det meste af den tætte basaltskorpe sank i kappen. Denne proces bevares i Pilbara som de ovale granitkupler og de bevarede rester af basaltskorpen som greenstone-bælterne.

Landskabet i dag

Nord for Marble Bar, ved at se på stenstoffer, vi opdagede resterne af den ældste registrerede gravitationsvæltning i Pilbara. Intens deformerede klipper bevarer spor af opstigningen af ​​en stigende granitplomme og den tilhørende nedadgående af den tætte vulkanske skorpe.

Vores feltobservationer, geokemiske analyser og termodynamiske modeller viser, at sten opsamlet fra kuplemargen repræsenterer høj silica -magma, der oprindeligt smeltede i en dybde på omkring 42 km, før de krystalliserede som granitter ved 20 km.

Uran-bly datering af zirkon i laboratoriet afslørede, at disse sten krystalliserede fra 3,6-milliarder til 3,5 milliarder år siden.

De intenst klippede klipper ved grænsen til den stigende kuppel og synkende vulkanske klipper indeholder et metamorft mineral, titanit, der dannede sig under tyngdekraften.

Vi daterede flere af disse mineralkorn, og de er i gennemsnit 3,42 milliarder år gamle.

Ved at date både præ- og post-gravitations-vælte-rockforeninger, vi var i stand til at begrænse dets varighed til en periode på 40 millioner år.

Ved at kombinere vores forskning med andre geologers publicerede arbejde, det ser ud til, at Pilbara oplevede mindst tre tyngdekraftsstyrtninger adskilt med 100 millioner års intervaller.

Efter den sidste væltning for 3,2 milliarder år siden, Pilbara skorpeblokken var endelig tilstrækkeligt robust og flydende til at overleve pladetektonik, der varede indtil i dag.

Læs mere:Fem aktive vulkaner på min Asia-Pacific 'Ring of Fire' overvågningsliste lige nu

Vi spekulerer i, at cyklussen af ​​væltningshændelser i Pilbara er den ældgamle ækvivalent til 500- til 600-millioner-årige Wilson-cyklus, en hel runde skorpe fra dannelse til ødelæggelse i pladetektonisk stil, der eksisterede siden 3,2 milliarder år siden.

Pilbara bliver ved med at inspirere videnskabsfolk verden over til at finde svar på et af menneskehedens store spørgsmål:hvordan gav naturen platformen for den endelige udvikling af livet?

Vi planlægger at teste ideen om karakteristiske gamle væltningscyklusser andre steder i Pilbara og på andre kontinenter, hvor gammel skorpe er bevaret.

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