Forskere opdager, hvordan og hvornår et underjordisk hav opstod

"Den mekanisme, der fik den skorpe, der var blevet ændret af havvand til at synke ned i kappen, fungerede for over 3,3 milliarder år siden. Det betyder, at en global cyklus af stof, som understøtter moderne pladetektonik, blev etableret inden for de første milliard år efter Jordens eksistens, og det overskydende vand i kappens overgangszone kom fra det gamle hav på planetens overflade, " sagde projektleder og medforfatter til artiklen Alexander Sobolev, medlem af det russiske videnskabsakademi (RAS) og doktor i geologiske og mineralogiske videnskaber, som er professor ved Vernadsky Institute for Geokemi and Analytical Chemistry under det russiske videnskabsakademi.

Jordskorpen består af store, kontinuerligt bevægende blokke kendt som tektoniske plader. Bjerge dannes, når disse plader støder sammen og rejser sig, og chokket fra sammenstødene fører til jordskælv og tsunamier. Disse plader bevæger sig meget aktivt under verdenshavet:gammel oceanisk skorpe, herunder de mineraler, der har absorberet havvand, synker dybt ind i jordens kappe. Noget af dette vand frigives igen på grund af virkningen af ​​høje temperaturer og spiller en rolle i vulkanudbrud, såsom dem, der forekommer i Kamchatka, Kuriløerne og Japan. Vandet, der forbliver i mineraler i havskorpen ved højere temperaturer, fortsætter med at falde ned i den dybe kappe og akkumuleres i en dybde på 410-660 km i strukturen af ​​mineralerne wadsleyite og ringwoodit og højtryksmodifikationer af olivin (magnesiumjernsilikat) ), kappens vigtigste mineral. Eksperimenter har vist, at disse mineraler kan indeholde betydelige mængder vand og klor. Sådan kunne den største del af verdenshavet "pumpes" ind i planetens indre i løbet af de milliarder af år, den har eksisteret.

Denne proces er kun en del af den globale cyklus af jordens stof, som kaldes konvektion og understøtter pladetektonikken, et træk, der adskiller vores planet fra alle andre kroppe i solsystemet. Mange forskere studerer denne mekanisme, forsøger at forstå, på hvilket stadium af Jordens historie den dukkede op.

For at studere vores planets kappe og undersøge dens sammensætning, geokemikere (videnskabsmænd, der specialiserer sig i jordens kemiske sammensætning og klippedannelsesprocesser) bruger prøver af vulkanske bjergarter, der består af størknet magma i kappen. Dette er en silikatsmelte beriget med flygtige komponenter, såsom vand, carbondioxid, klor og svovl. Der er forskellige typer magma:Forskere bruger almindeligvis basaltisk lava (med en temperatur på ca. 1200°C), men komatiitisk magma, som gik i udbrud under Jordens tidlige historie, er varmere (ved 1500-1600°C). Det kan hjælpe med at beskrive udviklingen af ​​Jordens indre lag, da den matcher kappens sammensætning mere fuldstændigt.

Komatiitter er en type vulkansk bjergart, der er dannet af komatiitisk magma for milliarder af år siden, og hvis sammensætning har ændret sig dramatisk i de mellemliggende epoker. Det giver ikke længere information om indholdet af flygtige komponenter, såsom vand og klor. Men disse klipper indeholder stadig rester af det magmatiske mineral olivin, som fangede indeslutninger af størknet magma under krystallisationsprocessen og beskyttede dem mod efterfølgende ændringer. Sådanne indeslutninger, kun snesevis af mikrometer på tværs, bevare detaljerede oplysninger om sammensætningen af ​​komatiitiske smelter, herunder indholdet af vand og klor og isotopsammensætningen af ​​brint. For at udtrække disse oplysninger, indeslutninger af størknet magma skal opvarmes til det naturlige smeltepunkt på over 1500°C og derefter straks hærdes for at producere klart hærdet glas, der senere kan bruges til kemiske analyser.

I 2016 en international gruppe ledet af videnskabsmænd fra Vernadsky Institute for Geochemistry and Analytical Chemistry studerede komatiitisk magma fra Abitibi-grønstensbæltet i Canada, som er 2,7 milliarder år gammel. Grønstensbælter er territorier bestående af magmatiske bjergarter, der indeholder grønlige mineraler. Dette var den første artikel, som holdet publicerede i Natur som en del af projektet støttet af bevillingen fra Russian Science Foundation. På det tidspunkt, forskerne indsamlede indledende data om indholdet af vand og en række labile elementer, såsom klor, bly og barium, i overgangszonen mellem det øvre og nedre kappelag i en dybde på 410-660 km, hvilket fik dem til at antage, at der engang eksisterede et gammelt underjordisk vandreservoir, der i masse var sammenligneligt med det nuværende verdenshav. Forskerne mener, at en sådan mængde vand blev akkumuleret i de tidlige stadier af Jordens udvikling.

"I den nye artikel, vi præsenterede geokemiske data, der indikerer, at cyklussen med global nedsænkning af oceanisk skorpe i kappen begyndte meget tidligere, end de fleste eksperter troede, og det kunne have fungeret så tidligt som i den første milliard år af Jordens historie, " bemærkede Alexander Sobolev.

I løbet af arbejdet, forskerne undersøgte igen sammensætningen af ​​komatiit-magma, men af ​​en anden oprindelse:den blev indsamlet fra Barberton-grønstensbæltet i Sydafrika, som er 3,3 milliarder år gammel. Magmaen blev opvarmet ved hjælp af et specialiseret højtemperaturapparat, der kan modstå temperaturer på op til 1700°C. Geokemisterne fandt ud af, at det tidligere opdagede dybtvandsholdige reservoir allerede var til stede i jordens kappe i den palæarkeiske æra, 600 millioner år tidligere end fastlagt i den tidligere undersøgelse.