Glaciale sedimenter smurte pladetektonikkens tandhjul

Jordens ydre lag er sammensat af gigantiske plader, der kværner sammen, glider forbi eller dykker under hinanden, giver anledning til jordskælv og vulkaner. Disse plader adskilles også ved undersøiske bjergkamme, hvor smeltet sten spredes fra centrene af havbassiner.

Men det var ikke altid tilfældet. Tidligt i Jordens historie, planeten var dækket af en enkelt skal oversået med vulkaner - meget ligesom overfladen af ​​Venus i dag. Da Jorden afkølede, denne skal begyndte at folde og revne, til sidst at skabe Jordens system af pladetektonik.

Ifølge ny forskning, overgangen til pladetektonik startede ved hjælp af smørende sedimenter, skrabet af gletsjere fra skråningerne på Jordens første kontinenter. Da disse sedimenter blev samlet langs verdens unge kyster, de hjalp med at accelerere bevægelsen af ​​nydannede subduktionsfejl, hvor en tyndere oceanisk plade dykker under en tykkere kontinentalplade.

Den nye undersøgelse, udgivet 6. juni, 2019 i bladet Natur , er den første til at foreslå en rolle for sedimenter i fremkomsten og udviklingen af ​​den globale pladetektonik. Michael Brown, professor i geologi ved University of Maryland, var medforfatter til forskningspapiret sammen med Stephan Sobolev, en professor i geodynamik ved GFZ German Research Center for Geosciences i Potsdam.

Resultaterne tyder på, at sediment-smøring styrer den hastighed, hvormed jordskorpen kværner og kværner. Sobolev og Brown fandt ud af, at to store perioder med verdensomspændende istid, hvilket resulterede i massive aflejringer af gletsjerskrubbet sediment, hver forårsagede sandsynligvis et efterfølgende løft i den globale hastighed af pladetektonik.

Den seneste episode fulgte "snebolden Jorden", der sluttede for omkring 635 millioner år siden, resulterer i Jordens moderne pladetektoniske system.

"Jorden har ikke altid haft pladetektonik, og den har ikke altid udviklet sig i samme tempo, " sagde Brown. "Den har været igennem mindst to perioder med acceleration. Der er beviser, der tyder på, at tektonikken også aftog til en relativ gennemgang i næsten en milliard år. I hvert tilfælde, vi fandt en sammenhæng med den relative overflod - eller knaphed - af glaciale sedimenter."

Ligesom en maskine har brug for fedt for at holde dens dele bevægende frit, pladetektonik fungerer mere effektivt med smøring. Selvom det kan være svært at forvirre den grynede konsistens af ler, silt, sand og grus med et glat fedtstof, effekten er stort set den samme på kontinental skala, i havgravene, hvor tektoniske plader mødes.

"Den samme dynamik eksisterer, når man borer jordskorpen. Du skal bruge mudder - et meget fint ler blandet med vand eller olie - for vand eller olie alene vil ikke fungere så godt, " sagde Brown. "Mudderpartiklerne hjælper med at reducere friktionen på boret. Vores resultater tyder på, at tektoniske plader også har brug for denne type smøring for at blive ved med at bevæge sig."

Tidligere forskning på den vestlige kyst af Sydamerika var den første til at identificere en sammenhæng mellem sediment smøring og friktion langs en subduktionsfejl. Ud for kysten af ​​det nordlige Chile, en relativ mangel på sediment i forkastningsgraven skaber høj friktion, da den oceaniske Nazca-plade dykker under den kontinentale Sydamerika-plade. Denne friktion var med til at skubbe de højeste tinder i de centrale Andesbjerge mod himlen, da kontinentalpladen blev klemt sammen og deformeret.

I modsætning, længere mod syd er der en højere sedimentbelastning i renden, hvilket resulterer i mindre friktion. Dette forårsagede mindre deformation af kontinentalpladen og, følgelig, skabt mindre bjergtoppe. Men disse resultater var begrænset til ét geografisk område.

Til deres studie, Sobolev og Brown brugte en geodynamisk model af pladetektonik til at simulere effekten af ​​sedimentsmøring på subduktionshastigheden. For at bekræfte deres hypotese, de undersøgte for sammenhænge mellem kendte perioder med udbredt istid og tidligere offentliggjorte data, der indikerer tilstedeværelsen af ​​kontinentalt sediment i havene og skyttegrave. For dette trin, Sobolev og Brown påberåbte sig to primære beviser:den kemiske signatur af indflydelsen af ​​kontinentale sedimenter på oceanernes kemi og indikatorer for sedimentforurening i subduktionsrelaterede vulkaner, meget som dem, der udgør nutidens "ildring" omkring Stillehavet.

Ifølge Sobolev og Browns analyse, pladetektonikken opstod sandsynligvis på Jorden for mellem 3 og 2,5 milliarder år siden, omkring det tidspunkt, hvor Jordens første kontinenter begyndte at dannes. Denne tidsramme falder også sammen med planetens første kontinentale istid.

Et stort løft i pladetektonikken fandt sted for mellem 2,2 og 1,8 milliarder år siden, efter en anden global istid, der skrubbede enorme mængder af sedimenter ned i forkastningsgravene ved kontinenternes kanter.

De næste milliard år, fra 1,75 milliarder til 750 millioner år siden, oplevede en global reduktion i hastigheden af ​​pladetektonik. Denne fase af Jordens historie var så rolig, relativt set, at den fik tilnavnet "den kedelige milliard" blandt geologer.

Senere, efter den globale "snebold Jorden", der sluttede for omkring 635 millioner år siden, den største overfladeerosionsbegivenhed i Jordens historie kan have skrubbet mere end en lodret kilometer af tykkelse fra overfladen af ​​kontinenterne. Ifølge Sobolev og Brown, da disse sedimenter nåede oceanerne, de kickstartede den moderne fase af aktiv pladetektonik.

Forskningspapiret, "Overfladeerosionsbegivenheder styrede udviklingen af ​​pladetektonikken på Jorden, "Stephan Sobolev og Michael Brown, blev offentliggjort i tidsskriftet Natur den 6. juni, 2019.