Ny undersøgelse hjælper med at finde ud af, hvornår jordpladens subduktion begyndte

En ny undersøgelse fra forskere ved Scripps Institution of Oceanography ved UC San Diego og University of Chicago kaster lys over en stærkt omtvistet debat inden for jordvidenskab:hvornår begyndte pladesubduktion?

Ifølge resultater offentliggjort 9. december i tidsskriftet Videnskab fremskridt , denne proces kunne have startet for 3,75 milliarder år siden, omforme Jordens overflade og sætte scenen for en gæstfri planet.

For geokemikere som Scripps adjunkt og studielederforfatter Sarah Aarons, sporene til Jordens tidligste beboelighed ligger i de elementer, som gamle klipper er sammensat af - specifikt titanium. Aarons analyserede prøver af Jordens ældste kendte klipper fra Acasta Gneiss-komplekset i den canadiske tundra-et udbrud af gneiser 4,02 milliarder år gamle. Disse sten er dateret fra Hadean eon, som startede i begyndelsen af ​​Jordens dannelse og blev defineret af helvedes forhold på en planet, der ville se fremmed ud for vores moderne øjne.

Aarons forskning fokuserede på isotoper, som er variationer af det samme element baseret på antallet af neutroner, de har. Ved at tage prøverne fra Acasta Gneiss leveret af Jesse Reimink, en adjunkt ved Penn State University, hun knuste stumper af stenen til et pulver, der derefter blev opvarmet til en glasperle, en proces, der tillader opløsning af titanium, hun søgte at analysere. Når den er afkølet, perlen blev opløst i syre, og titanen blev kemisk adskilt fra andre grundstoffer. Aarons var derefter i stand til at bestemme variationerne af titaniumisotoper til stede i prøven ved hjælp af et massespektrometer i Origins -laboratoriet ledet af hendes samarbejdspartner Nicolas Dauphas ved University of Chicago.

Aarons sammenlignede disse prøver med nyere, moderne sten dannet i subduktionszoner. I prøver på 3,75 milliarder år gamle, hun bemærkede ligheder i struktur og sammensætning med de moderne, hvilket tyder på, at pladesubduktion begyndte omkring det tidspunkt.

"Der er blevet udført meget tidligere arbejde på disse sten for nøje at datere dem, og give den geokemiske og petrologiske kontekst, "sagde Aarons." Vi var meget heldige at få muligheden for at måle titanium isotopsammensætninger, et spirende isotopsystem i disse prøver. "

At studere historien og begyndelsen af ​​gamle subduktionszoner er notorisk svært. Klipper ødelægges konstant, når skorpen køres indad i kappen, efterlader få prøver, der går tilbage til Jordens tidligste historie. Forskere har længe diskuteret, hvornår pladetektonik og subduktion begyndte, med estimater fra 0,85 til 4,2 milliarder år siden-mere end to tredjedele af planetens historie. At opdage, hvornår pladesubduktion begyndte, betyder at fastslå, hvornår Jorden overgik fra en planet domineret af forbigående landmasser, der gennemborede oceanernes overflade til en, der består af langlivede kontinenter, hvor langsigtede biogeokemiske cyklusser styres af vulkansk afgasning og genbrug til Jordens indre.

Pladesubduktion opstår, når oceanisk skorpe og kontinental skorpe støder sammen. Fordi kontinental skorpe er tykkere og mindre tæt, oceanisk skorpe skubbes nedad i Jordens kappe, med en gennemsnitlig hastighed på et par centimeter hvert år. Denne kontakt med kappen skaber områder, der er varme nok til, at magma kan slippe ud til overfladen, skaber vulkaner såsom Mount St. Helens og andre fundet langs Stillehavsranden.

Pladetektonik og subduktionszoner er ansvarlige for, hvordan Jorden ser ud, der driver oprettelsen af ​​kontinentale plader og de bassiner, der ville fylde til at blive oceaner. De er også den primære kontrol med de kemiske egenskaber ved planetens overflade, og er sandsynligvis ansvarlige for Jordens evne til at opretholde liv. Disse tektoniske zoner er ansvarlige for dannelsen af ​​nye kontinenter og giver en vigtig kontrol med klimaet ved at regulere mængderne af drivhuskuldioxid i atmosfæren.

I fire milliarder år gamle stenprøver, Aarons så ligheder med moderne klipper, der er dannet i plume -indstillinger, ligesom Hawaii og Island, hvor en landmasse driver over et hot spot. Imidlertid, i sten på 3,75 milliarder år, hun bemærkede et skift i tendensen til klipper, der dannes i moderne subduktionszoner, hvilket tyder på, at omkring dette tidspunkt i Jordens historie begyndte disse områder at dannes.

"Selvom tendensen i titaniumisotopdata ikke giver bevis for, at pladetektonik skete globalt, det angiver tilstedeværelsen af ​​våd magmatisme, som understøtter subduktion på dette tidspunkt, "sagde Aarons.