Ślady starożytnego oceanu magmy znalezione na Grenlandii

W nowych badaniach odkryto, że skały zebrane na Grenlandii mogą zawierać ślady starożytnego oceanu magmy, który bulgotał na znacznej części powierzchni Ziemi wkrótce po narodzinach planety.

Naukowcy zebrali skały z pasa Isua, regionu w południowo – zachodniej Grenlandii, gdzie odkryte skały mają od 3,7 do 3,8 miliarda lat; pas zawiera najstarsze znane skały na Ziemi, które, jak podaje Science Magazine, pozostają stosunkowo nienaruszone przez tektonikę płyt, ciepło i przemiany chemiczne.

Chemiczne ślady wczesnych oceanów magmy są nawet starsze niż same skały, datowane na około 4,5 miliarda lat temu, kiedy obiekt wielkości Marsa uderzył w Ziemię, tracąc ogromny kawałek skały, która później stała się księżycem – zgodnie z nowymi badaniami.

Kiedy ciała niebieskie wielkości Ziemi i Marsa zderzają się, „niemalże pełne stopienie całej planety jest tego nieuniknioną konsekwencją” – powiedziała główna autorka Helen Williams, profesor geochemii na Uniwersytecie w Cambridge. A kiedy ta stopiona skała ostygła i skrystalizowała, Ziemia stopniowo zaczęła przypominać Ziemię, którą znamy dzisiaj, powiedziała.

Ale chociaż większość naukowców akceptuje teorię stopionej Ziemi, „dużym wyzwaniem jest to, że bardzo trudno jest znaleźć… geologiczne dowody na coś, co wydarzyło się tak wcześnie w naszej historii” – powiedziała Williams. Nowe badanie, opublikowane 12 marca w czasopiśmie Science Advances, pokazuje, że skały pasa Isua wciąż noszą chemiczne “odciski palców” pozostawione przez ten pierwotny proces chłodzenia.

Williams zaczęła polować na te odciski palców po tym, jak ona i Hanika Rizo, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Carleton w Kanadzie, spotkały się na jesiennym spotkaniu Amerykańskiej Unii Geofizycznej (AGU), corocznym wydarzeniu, które w czasach przedpandemicznych przyciągało dziesiątki tysięcy naukowców z całego świata.

Rizo wcześniej wydobyła próbki skał z pasa Isua i napisał o nich w badaniu z 2011 roku, opublikowanym w czasopiśmie Earth and Planetary Science Letters. W artykule zauważyła, że ​​skały niosły pewne sygnatury chemiczne, a mianowicie unikalne izotopy lub pierwiastki chemiczne o różnej liczbie neutronów. Williams przeczytała później raport i te podpisy chemiczne wzbudziły jej zainteresowanie.

„Jej artykuł nie zawiera bezpośrednich dowodów geologicznych na istnienie oceanu magmy. Ale tak wiele znaczników chemicznych, które omawia… tak naprawdę wskazuje na istnienie oceanów magmy” – powiedziała Williams. Jeśli zbadam próbki – pomyślał Williams – mogą odkryć migawkę stopionej przeszłości Ziemi. Kiedy więc zauważyła Rizo z drugiej strony rozległej sali konferencyjnej AGU, „w zasadzie rzuciłem się w jej stronę, ponieważ naprawdę chciałem porozmawiać… o możliwości współpracy” – powiedziała Williams.

Aby rozpocząć współpracę, naukowcy udali się do laboratorium. Wybrali podzbiór skał wulkanicznych z próbek Isua, wybierając tylko te najbardziej nieskazitelne, biorąc pod uwagę stopień zużycia, związany z wyrzuceniem na powierzchnie i wystawieniem na działanie żywiołów. Następnie odpiłowali odsłonięte powierzchnie skał, zeszlifowali je, zmiażdżyli na drobny proszek i rozpuścili proszek w mocnych kwasach.

„Kiedy skończysz, to trochę niewiarygodne, że coś, co było naprawdę twardą, gęstą skałą w twojej dłoni, jest teraz w rzeczywistości małą fiolką płynu w twoim laboratorium” – powiedziała Williams. Obróbka skał w ten sposób umożliwiła zespołowi zbadanie w próbkach izotopów, czyli pierwiastków chemicznych o różnej liczbie neutronów.

W szczególności zespół poszukiwał izotopów, które powstałyby podczas krystalizacji oceanów magmy. Modele sugerują, że niektóre pozostałości tych kryształów zostałyby uwięzione w dolnym płaszczu, blisko jądra Ziemi i zachowałyby się przez miliardy lat. Z czasem będą migrować przez dolny płaszcz do górnego płaszcza, niosąc ze sobą „izotopowe odciski palców” oceanu magmy, powiedziała Williams.

Te odciski palców zawierają izotopy hafnu i neodymu, które tworzą się, gdy ich macierzyste izotopy rozpadają się; ten rozkład zachodzi według określonego wzoru, gdy macierzyste izotopy są poddawane ekstremalnie wysokim ciśnieniom, takim jak te występujące w głębi dolnego płaszcza, powiedziała Williams. Zespół znalazł te unikalne izotopy w próbkach Isua, wraz z rzadką formą wolframu; znaną jako „anomalia wolframu [tungsten anomaly]”, te niezwykłe izotopy wolframu wywodzą się ze starożytnego izotopu macierzystego, który istniał tylko w pierwszych 45 milionach lat historii Ziemi, powiedziała Williams.

Gdy te krystaliczne pozostałości przemieszczały się w górę z dolnego do górnego płaszcza, topiły się i mieszały z innymi stopionymi skałami, tworząc efekt marmurkowatości. Tak więc, gdy zmieszana skała przedarła się przez skorupę, niosła odciski izotopów zarówno z górnego, jak i dolnego płaszcza; dotyczyło to próbek z Isua. Istnieje kilka teorii na temat tego, w jaki sposób i dlaczego kryształy migrowały w górę przez warstwy Ziemi, z których jedna mówi, że kryształy wielokrotnie topiły się i rekrystalizowały, stając się bardziej skoncentrowane w miarę wzrostu, powiedziała Williams.

Po odkryciu chemicznych śladów oceanów magmy „pojawia pytanie, czy inne starożytne skały na Ziemi zachowały te same sygnatury” – powiedziała Williams. Ona i jej zespół zaczynają polować na te sygnatury w miejscach na całym świecie, szukając w miejscach z niezwykle starożytnymi skałami i we współczesnych miejscach aktywności wulkanicznej, takich jak Hawaje i Islandia.

“Wiele linii dowodów… sugeruje, że te współczesne aktywności wulkaniczne pochodzą z topnienia materiału naprawdę głęboko w Ziemi, być może nawet z bliskiej granicy między płaszczem Ziemi a rdzeniem” – powiedziała Williams. Oznacza to, że chemiczne ślady oceanu magmy mogą również czaić się w tych miejscach, chociaż nie wiemy jeszcze tego na pewno, powiedziała.

Źródła: Nicoletta Lanese

Hints of oldest fossil life found in Greenland rocks

Iron isotopes trace primordial magma ocean cumulates melting in Earth’s upper mantle

Combined Nd and Hf isotope evidence for deep-seated source of Isua lavas

Zdjęcia: Hanika Rizo

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x