Geologisk historie skrevet i granatsand

På en strand på en afsidesliggende ø i det østlige Papua Ny Guinea, et land beliggende i det sydvestlige Stillehav nord for Australien, granatsand afslører en vigtig geologisk opdagelse. Svarende til beskeder på flasker, der har rejst over oceanerne, sedimenter, der stammer fra erosion af klipper, bærer information fra et andet tidspunkt og et andet sted. I dette tilfælde afslører granatsandskornene en historie om at rejse fra overfladen til dybt ind i Jorden (~75 miles), og derefter vende tilbage til overfladen, inden de ender på en strand som sandkorn. I løbet af denne geologiske rejse, bjergarten ændrede sig efterhånden som nogle mineraler blev ændret, og andre materialer blev inkluderet (fanget) i de nydannede granater. Historien er bevaret i granatkompositioner, såvel som i deres fangede indeslutninger:faste stoffer (f.eks. meget sjældne mineraler såsom coesite - en højtryksform af kvarts), væsker (f.eks. vand) og gasser (f.eks. CO ₂ ).

Suzanne Baldwin, Thonis Family Professor i Institut for Jord- og Miljøvidenskab ved Syracuse University's College of Arts and Sciences, har ført mange feltekspeditioner til Papua Ny Guinea. Hendes holds seneste resultater om denne tektonisk aktive region er netop blevet offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .

Ved at læse stenrekorden afslørede forskerne genbrugsvejen fra overfladen til dybt inde i den øvre kappe og derefter tilbage til overfladen som et resultat af tektoniske og sedimentære processer. Sammensætningen af ​​det sand indeholder også forskellige nøglekomponenter, der afslører, hvor hurtigt denne genbrug skete. I dette tilfælde, transit gennem klippekredsløbet skete på mindre end ~10 millioner år. Det kan virke som lang tid, men for disse geologiske processer, den er faktisk bemærkelsesværdig kort.

Granatsandet er blot den seneste brik i puslespillet til at forstå den geologiske udvikling i denne region. Det er det eneste sted på Jorden, hvor aktiv opgravning af høj- og ultrahøjtryksmetamorfe bjergarter finder sted under den samme klippecyklus, som producerede disse metamorfe bjergarter. Den internationale gruppe af forskere, herunder Joseph Gonzalez '19 Ph.D. fra Syracuse University (nu en postdoc-forsker i European Research Council ved University of Pavia, Italien), Ph.d. studerende Jan Schönig og professor Hilmar von Eynatten fra University Göttingen i Tyskland, og professor Hugh Davies (tidligere fra University of Papua Ny Guinea, nu på The Australian National University), afsløret, hvordan de fangede indeslutninger i granatsand kan bruges til at bestemme stengenanvendelsesprocesser inden for aktive pladegrænsezoner.

Ved aktive pladegrænser, som den holdet studerede i det østlige Papua Ny Guinea, konvergerende tektoniske plader glider mod hinanden, hvor den ene plade bevæger sig under den anden for at danne en subduktionszone. Under denne proces, klipper er trukket dybt ned i jorden. Over tid, kræfter på pladegrænserne kan ændre sig, og sten kan graves op til overfladen gennem en proces kendt som litosfærisk deformation. De fangede indeslutninger bevarer en registrering af jordskorpsubduktion og hurtig opgravning, der forbinder øvre kappe og overfladeprocesser på disse korte geologiske tidsskalaer. Ved at anvende deres tilgang til både moderne sedimenter og sedimentære bjergarter, forskere kan nu afsløre tempoet i stengenbrugsprocesser gennem Jordens historie.