Stenprøver fra Stillehavet giver et glimt af den aktive Jord for 2,5 milliarder år siden

I geovidenskab kan små detaljer hjælpe med at forklare massive begivenheder. Rita Parai, assisterende professor i jord-, miljø- og planetariske videnskaber i kunst og videnskab ved Washington University i St. Louis, bruger præcisionsudstyr til at måle sporniveauer af ædelgasser i klipper, prøver, der kan give nøgleindsigt i planetarisk udvikling.

I en undersøgelse offentliggjort i Earth and Planetary Science Letters , Parai og kandidatstuderende Judy Zhang brugte målinger af ædelgasser fra vulkanske klipper fra Cook- og Austral-øerne til at vise, at pladetektonikken har leveret gasser fra overfladen til dyb Jord i mere end 2,5 milliarder år.

Ædelgasser er især nyttige til dybe undersøgelser, fordi de er kemisk inerte. Nogle af deres isotoper blev fanget i det indre for 4,5 milliarder år siden, da Jorden først blev dannet, sagde Zhang. "De efterlader et varigt aftryk på klipperne."

I Parais laboratorium var Zhang i stand til at måle flere ædelgaselementer og deres isotoper, inklusive det sjældne grundstof xenon. Mønstret af ædelgasoverflod og deres karakteristiske isotopiske signaturer fortalte en vigtig historie, sagde Zhang.

Som Zhang forklarede, blev Cook-Austral Island-klipperne leveret fra dybt inde i planetens kappe til jordens overflade gennem vulkanudbrud. De karakteristiske ædelgasser i klipperne viste, at dybt i fortiden var tektoniske plader relativt kølige, da de undergik subduktion – processen hvor overfladesten synker til kappen – for omkring 2,5 milliarder år siden.

Nogle forskere teoretiserede, at dengang kunne planeten have været meget varmere og meget barskere end den verden, vi kender i dag. Tilstedeværelsen af ​​xenon viser, at subduktion skete under geologiske forhold svarende til moderne tid. "Hvis stenen var blevet subduceret ved meget højere temperaturer, ville den have mistet alle sine gasser," sagde Zhang. "Dette er et meget spændende fund."

At opdage atomer af xenon er ikke som at finde en nål i en høstak; det er som at finde en mikroskopisk nål i en hel hømark. Ædelgasser er allerede et sjældent træk i sten, og xenon, der kan spore gammel pladetektonik, er eksponentielt mere uhåndgribelig. "Der er kun omkring 100.000 xenonatomer for hvert gram materiale," sagde Parai. Det er omkring 1 ud af hver 10 quadrillion atomer.

Forskerne måtte udvinde gas fra store mængder af mineralet olivin i disse klipper for at få det svageste signal. "Det er, som om vi er ved at finde ud af, hvordan man kan presse blod fra en sten," sagde Parai.

I december sidste år indsamlede Zhang flere stenprøver fra havbunden under et 28-dages forskningstogt i det sydlige Stillehav ledet af Doug Wiens, Robert S. Brookings Distinguished Professor. Analyse af klipperne i Parais laboratorium skulle give endnu mere indsigt i Jordens dybe fortid. "Vi flytter grænserne for analyse for at se tilbage milliarder af år," sagde Zhang.

Flere oplysninger: Xinmu J. Zhang et al., Primordiale og genbrugte ædelgasser i Cook-Austral HIMU-kappen:Indsigt i begyndelsen af ​​flygtig subduktion, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI:10.1016/j.epsl.2024.118591

Journaloplysninger: Earth and Planetary Science Letters

Leveret af Washington University i St. Louis