En ny idé om, hvordan Jordens ydre skal først brød ind i tektoniske plader

Aktiviteten af ​​den faste jord - f.eks. vulkaner i Java, jordskælv i Japan, osv. - er velforstået inden for rammerne af den ~50 år gamle teori om pladetektonik. Denne teori hævder, at Jordens ydre skal (Jordens "litosfære") er opdelt i plader, der bevæger sig i forhold til hinanden, koncentrerer mest aktivitet langs grænserne mellem pladerne. Det kan være overraskende, derefter, at det videnskabelige samfund ikke har noget fast begreb om, hvordan pladetektonik kom i gang. Denne måned, et nyt svar er blevet fremsat af Dr. Alexander Webb fra Division of Earth and Planetary Science &Laboratory for Space Research ved University of Hong Kong, i samarbejde med et internationalt team i et papir udgivet i Naturkommunikation . Webb fungerer som tilsvarende forfatter på det nye værk.

Dr. Webb og hans team foreslog, at den tidlige jordskal blev varmet op, hvilket forårsagede ekspansion, der genererede revner. Disse revner voksede og smeltede sammen til et globalt netværk, underopdeling af jordens tidlige skal i plader. De illustrerede denne idé via en række numeriske simuleringer, ved hjælp af en brudmekanikkode udviklet af papirets første forfatter, Professor Chunan Tang fra Dalian University of Technology. Hver simulering sporer spændingen og deformationen, der opleves af en termisk ekspanderende skal. Skallerne kan generelt tåle cirka 1 km termisk ekspansion (Jordens radius er ~ 6371 km), men yderligere ekspansion fører til frakturinitiering og hurtig etablering af det globale brudnetværk (figur 1).

Selvom denne nye model er enkel nok - jordens tidlige skal varmes op, udvidet, og revnet - overfladisk ligner denne model længe miskrediterede ideer og står i kontrast til grundlæggende fysiske forskrifter for jordvidenskab. Før den pladetektoniske revolution i 1960'erne, Jordens aktiviteter og fordelingen af ​​oceaner og kontinenter blev forklaret med en række hypoteser, herunder den såkaldte ekspanderende jordhypotese. Armaturer som Charles Darwin hævdede, at store jordskælv, bjergbygning, og fordelingen af ​​landmasser blev antaget at skyldes udvidelsen af ​​Jorden. Imidlertid, fordi Jordens vigtigste indre varmekilde er radioaktivitet, og det kontinuerlige henfald af radioaktive elementer betyder, at der er mindre tilgængelig varme, når tiden går fremad, termisk ekspansion kan betragtes som langt mindre sandsynlig end dens modsætning:termisk kontraktion. Hvorfor, derefter, tror Dr. Webb og hans kolleger, at den tidlige jords lithosfære oplevede termisk ekspansion?

"Svaret ligger i betragtning af store varmetabsmekanismer, der kunne være opstået under Jordens tidlige perioder, " sagde Dr. Webb. "Hvis vulkansk advektion, transporterer varmt materiale fra dybden til overfladen, var hovedmetoden for tidligt varmetab, det ændrer alt. "Vulkanismens dominans ville have en uventet nedkølingseffekt på Jordens ydre skal, som dokumenteret i Dr. Webb og medforfatter Dr. William Moores tidligere arbejde (udgivet i Natur i 2013).

Dette skyldes, at nyt varmt vulkansk materiale taget fra Jordens dybder ville have været aflejret som koldt materiale på overfladen - varmen ville gå tabt til rummet. Evakueringen i dybden og hober sig op ved overfladen ville i sidste ende have krævet, at overfladematerialet sank, bringer koldt materiale nedad. Denne kontinuerlige nedadgående bevægelse af koldt overflademateriale ville have haft en afkølende effekt på den tidlige lithosfære. Fordi jorden generelt afkølede, varmeproduktionen og den tilsvarende vulkanisme ville være blevet bremset. Tilsvarende den nedadgående bevægelse af litosfæren ville være blevet langsommere med tiden, og dermed selv da den samlede planet afkølede, den afkølede litosfære ville i stigende grad være blevet opvarmet via ledning fra varmt dybt materiale nedenunder. Denne opvarmning ville have været kilden til den termiske ekspansion, der påberåbes i den nye model. Den nye modellering illustrerer, at hvis Jordens faste lithosfære er tilstrækkeligt termisk udvidet, det ville gå i stykker, og den hurtige vækst af et brudnetværk ville opdele Jordens litosfære i plader.

Dr. Webb og hans kolleger fortsætter med at udforske den tidlige udvikling af vores planet, og af de andre planeter og måner i solsystemet, via integreret feltbaseret, analytisk, og teoretiske studier. Deres feltbaserede udforskninger bringer dem til fjerntliggende steder i Australien, Grønland, og Sydafrika; deres analytiske forskning undersøger kemien af ​​gamle klipper og deres mineralkomponenter; og deres teoretiske undersøgelser simulerer forskellige foreslåede geodynamiske processer. Sammen, disse undersøgelser chipper væk ved et af planetarisk videnskabs største tilbageværende mysterier:Hvordan og hvorfor gik Jorden fra en smeltet kugle til pladetektonik?