Ziemia nie czekała na rozpoczęcie współczesnej tektoniki płyt. Przeniósł wodę w głąb planety miliardy lat, zanim ludzkość się o tym dowiedziała.
Nowe dane z Australii Zachodniej zmieniają zrozumienie tego, jak nasza planeta zaczęła pompować oceany do płaszcza. Naukowcy potwierdzili, że wody powierzchniowe przedostały się do głębokiego wnętrza Ziemi ponad 3,1 miliarda lat temu. Dowody znajdują się w skałach wulkanicznych w regionie Pilbara.
Nie chodzi tylko o kamienie. Oto pytanie, w jaki sposób młoda i gorąca planeta „karmiła” swoje wulkany.
Mechanizm napędzający tę wczesną aktywność pozostaje przedmiotem intensywnej debaty w geologii. Dane wskazują jednak na proces, który naukowcy nazywają kroplowaniem (konwencjonalnie „tektoniką kropli” lub „procesem przepływu kropli”).
Skały Pilbary zachowały starożytny ślad chemiczny
Kraton Pilbara jest rzadkim świadkiem tamtych czasów. Duża część najwcześniejszej skorupy ziemskiej została zniszczona w wyniku późniejszej działalności geologicznej. Jednakże skały Pilbara zachowują zapis chemiczny, który nie pozostawia wątpliwości co do wniosków.
Międzynarodowy zespół kierowany przez dr Erica Vandenburga z Uniwersytetu w Adelajdzie przeanalizował geochemię tych skał liczących 3,1 miliarda lat. Ich chemiczny odcisk palca powiedział jasną historię: w momencie powstania magmy była obecna woda.
„Byliśmy zaskoczeni, gdy znaleźliśmy dowody na to, że duże ilości wody przeniknęły już w głąb Ziemi i wpłynęły na powstawanie skał wulkanicznych.”
Skład chemiczny odpowiada składowi współczesnych wulkanów łukowych na wyspach, takich jak te w Pierścieniu Ognia na Pacyfiku. Są to strefy, w których zderzają się płyty tektoniczne, z których jedna opada pod drugą, wciągając wodę do płaszcza. Ale wtedy taki system nie istniał. Ziemia była po prostu zbyt gorąca, aby sztywne płyty mogły się minąć.
Jak więc woda się tam dostała?
Dlaczego tradycyjna subdukcja nie wyjaśnia istnienia wczesnej Ziemi
Dziś rozumiemy, jak działa tektonika płyt. Strefy subdukcji transportują uwodnione minerały w głąb płaszcza. Woda ta obniża temperaturę topnienia otaczających skał, tworząc magmę, która napędza wulkany i pomaga w rozwoju kontynentów.
To jest doskonały mechanizm. Jednak 3,1 miliarda lat temu nie istniał.
Wczesna Ziemia była znacznie gorętsza. Skorupa prawdopodobnie zachowywała się inaczej, brakowało jej sztywnej struktury wymaganej do standardowej subdukcji. Geolodzy od dawna borykają się z tym paradoksalnym problemem. W jaki sposób wody powierzchniowe dotarły do płaszcza i wpłynęły na aktywność wulkanu bez wyraźnych stref subdukcji?
Skały Pilbary sugerują, że odpowiedź nie leży w pytaniu, czy woda dostała się do głębokiego wnętrza, ale w jaki sposób.
Kroplówka: tonąca skorupa przesuwa wodę w dół
Naukowcy sugerują, że młoda Ziemia wykorzystywała inny mechanizm transportu materiału. Nazywają to kroplowaniem.
To prostsze niż przesuwanie płyt. W tym modelu obszary chłodniejszej skorupy zewnętrznej wchłaniają wodę z powierzchni. Gdy obszary te zostały nasycone wodą, utraciły stabilność. Nie przesuwały się wzdłuż granicy płyty, ale opadały.
W końcu ciężkie fragmenty skorupy zapadły się i opadły w cieplejszy płaszcz poniżej. Wyobraź sobie gęsty materiał kapiący z sufitu niczym krople deszczu.
Gdy te bogate w wodę fragmenty zatonęły, przedostały się do coraz cieplejszych środowisk. Woda uwolniona z subdukcyjnej skały weszła w interakcję z płaszczem, powodując jego stopienie i wytworzenie magmy. Ta magma uniosła się, wybuchła przez wulkany i ochłodziła się, tworząc skały, które dziś znajdujemy w Pilbarze.
Proces ten umożliwił materiałowi powierzchniowemu przesuwanie się w dół bez potrzeby stosowania w pełni rozwiniętego systemu nowoczesnej tektoniki. Umożliwiło to także młodej planecie recykling wody pomiędzy powierzchnią a podpowierzchnią na długo przed tym, zanim kontynenty nabrały swojego nowoczesnego wyglądu.
Wczesny recykling ukształtował przyszłość Ziemi
Odkrycie to przesuwa ramy czasowe rozpoczęcia wymiany materiału pomiędzy skorupą ziemską, płaszczem i atmosferą. To połączenie jest niezbędne dla długoterminowej ewolucji planety.
Głęboki recykling wody określa, gdzie powstaje magma. Ma wpływ na erupcje wulkanów. Przez eony pomaga w redystrybucji pierwiastków chemicznych niezbędnych do życia.
Znaleziska w Pilbarze sugerują, że wymiana ta rozpoczęła się znacznie wcześniej, niż wcześniej sądzono. Wczesna Ziemia nie była zamarzniętą kulą z izolowaną powierzchnią. Woda już krążyła. Tworzył magmę, napędzał wulkany i napędzał rozwój kontynentów, gdy planeta była jeszcze w powijakach.
Dopiero zaczynamy poskładać w całość, jak działał ten pierwszy system cykliczny. Skały Australii Zachodniej milczały przez miliardy lat. W końcu zaczęli rozmawiać.
Źródło: „Zawartość wody w kształcie łuku na współczesnej wyspie w źródle 3,1 Ga skałach wulkanicznych” autorstwa Erica D. Vandenburga i in., opublikowana w Nature Communications.
