Hvorfor dele af Jorden knap har ændret sig på 3 milliarder år

Der er et mysterium i Jordens gamle fortid, og sporene ligger i Australiens ørkensten og andre gamle steder.

Det sidste århundrede har oplevet hurtige fremskridt i vores forståelse af, hvordan Jorden dannede sig, og hvordan kontinenters bevægelse gennem pladetektonik fortsætter med at forme vores lande, oceaner og bjergkæder.

Men geologer er endnu ikke enige om et vigtigt spørgsmål:hvordan var Jorden, før pladerne dannede sig?

Ny forskning, offentliggjort i tidsskriftet Geologi , støtter teorien om, at den tidlige jord var meget vulkansk aktiv, og at beviser for den voldelige overgang til pladetektonik stadig kan ses i dag.

"Geologi bygger på en idé, uniformitarisme, at vi kan studere geologiske processer, der forekommer i dag, og bruge disse til at forstå, hvordan Jorden fungerer i tidsrum på millioner af år, "siger Dr. Adam Beall, der studerede tidlig jorddynamik under sin ph.d. projekt ved University of Melbourne.

"Denne metode bryder sammen, når vi forsøger at forstå den tidlige jord, fordi den var varmere og opførte sig på en helt anden måde. Geologer har den vanskelige opgave at forestille sig, hvordan Jordens ældste kontinenter er dannet af processer, vi ikke længere kan observere. "

"Der er to synspunkter, "siger professor Louis Moresi, fra School of Earth Sciences ved University of Melbourne.

"Det ene er, at der ikke var noget, der hed" før pladetektonik. " Der var en støvsky, du dannede Jorden, og da det krystalliserer sig og bliver solidt, får du straks en form for pladetektonik.

"Og så er det andet paradigme, at de første milliarder år af Jorden ikke lignede moderne pladetektonik."

Jorden opvarmes konstant indefra af radioaktivitet, og denne varme skal gå et sted. Pladetektonik, undertiden kaldet kontinentaldrift, er planetens måde at frigive denne varme på.

"Med pladetektonik, hele havbassinet vælter, som sætter de kolde ydre ting ind i interiøret og de varme indvendige ting på overfladen, sådan får du energien ud, "siger professor Moresi.

Forskere er enige om, at den tidlige jord var varmere og mere radioaktiv, end den er i dag. Så hvis der ikke var pladetektonik, hvor blev al den varme af?

Geologer søgte andre steder i solsystemet efter en alternativ forklaring.

Io, en af ​​Jupiters 69 måner, er det mest vulkansk aktive sted i solsystemet, og professor Moresi siger, at dette kunne være en model for den gamle jord.

"På månen Io, den indvendige varme vender sig vulkanisk til ydersiden, så du har stort set disse endeløse vulkanudbrud. "

Denne teori, som vinder i popularitet, kaldes 'Heat-Pipe Earth'.

Professor Moresi og hans kolleger har opbygget en open source computermodel af litosfæren, som dækker jordskorpen og den øvre kappe, til en dybde på cirka 200 kilometer, og dette var det perfekte værktøj til at modellere Heat-Pipe Earths død.

Dr. Beall, under sin ph.d. arbejde under tilsyn af professor Moresi og samarbejde med lektor Katie Cooper fra Washington State University, brugte dette program, kaldet Underworld, at modellere den tidlige Jordens overgang til pladetektonik, med fokus på det tynde lag af massiv sten-kaldet "Heat-Pipe-låget"-der ville have dækket det meste af Heat-Pipe Earth.

Og ved at gøre det kan de have løst et andet geologisk mysterium - hvorfor er der dele af Jorden, der ikke påvirkes af pladetektonik?

Mens det meste af jordskorpen konstant er blevet knust, smeltet, opløftet og eroderet gennem pladetektonikkens handlinger, nogle regioner, kaldet kratoner, ikke har ændret sig i milliarder af år. Eksempler på disse store, for det meste findes flade landformer i det vestlige Australien, Amazonasbassinet, Sydafrika og dele af Canada.

"Pladetektonik skaber en massiv struktur som Himalaya, men til sidst vil det bare tæres væk, "siger professor Moresi.

"Og alligevel sidder disse kratoner bare der, og de deformeres ikke særlig meget, og vi kan stadig se originalen, næsten fire milliarder år gammel struktur nogle steder. "

Dele af Australien er bygget af disse gamle kratoner, og de er kilden til meget af vores mineralrigdom, herunder de store jernmalmforekomster i det vestlige Australien.

Professor Moresi siger, at varmeledningsteorien forklarer, hvordan disse sten oprindeligt dannede sig, men ikke hvorfor de er så stærke.

Tykke lag vulkansk sten er blevet kortlagt, understøtter ideen om, at den kratoniske skorpe oprindeligt dannedes gennem mange vulkanudbrud. Men professor Moresi siger, at denne proces skal danne tynde lag af sten, mens kratoner er meget tykke, mere end 200 kilometer.

"Så de må have dannet sig i en tid, hvor de var i stand til at blive meget tykke, og meget meget stærk, " han siger.

"Den ekstreme tykkelse af disse gamle kratoner blev først foreslået for mere end 50 år siden, men ingen har kunnet løse mysteriet om, hvorfor de er så tykke, "siger Dr. Beall.

"Et par år siden, vores kollega om dette projekt, Lektor Katie Cooper, kom med en hypotese om, at kratonerne var blevet tykkere, da kold kappe klippede ned under.

"En usædvanlig stor mængde synkende kappe er påkrævet, og jeg spekulerede på, om dette kunne blive udløst af initiering af pladetektonik, hvilket ville have været katastrofalt og sandsynligvis skete på samme tidspunkt som kratondannelse. "

Forskerne testede denne idé med computermodellen. I simuleringerne kratoner dannes under den voldsomme overgang fra varmeledning til pladetektonik.

"Vores løsning er ret enkel, "siger professor Moresi.

"Under overgangen til pladetektonik, Jorden gennemgår denne komplette væltning. Det har lagret meget energi i en milliard år eller deromkring, og så er det hele frigivet på en kort periode. Og du kan se i videoen, at den flade tynde sten bliver krøllet op i disse zoner af denne meget stærke, impulsiv væltning.

"Og det gentager sig ikke, fordi når pladetektonik starter, er det et andet paradigme, og du opbygger ikke den stress igen.

"Så i en handling skaber du disse utroligt stærke sten, der derefter holder i milliarder af år."