Πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, η φωτιά σφυρηλάτησε τις ηπείρους που γέννησαν τη Zωή

 

Για δισεκατομμύρια χρόνια, οι ήπειροι της Γης παρέμειναν σταθερές, αλλά οι επιστήμονες μόλις πρόσφατα ανακάλυψαν πώς δημιουργήθηκε αυτή τη σταθερότητα.

Μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο Penn State και το Πανεπιστήμιο Κολούμπια δείχνει ότι οι θερμοκρασίες άνω των 900 °C βαθιά στον φλοιό του πλανήτη, ήταν απαραίτητες για τη σφυρηλάτηση των ηπείρων.

Η έντονη θερμότητα προκάλεσε τη μετανάστευση ραδιενεργών στοιχείων όπως το ουράνιο και το θόριο προς τα πάνω, απομακρύνοντας τη θερμότητα και επιτρέποντας στον κατώτερο φλοιό να κρυώσει και να στερεοποιηθεί.

Μια νέα μελέτη των χημικών συστατικών των πετρωμάτων, που διεξήχθη από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Penn State και στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια, παρέχει τα σαφέστερα μέχρι σήμερα στοιχεία για το πώς οι ήπειροι της Γης έγιναν και παρέμειναν τόσο σταθερές — και το βασικό συστατικό είναι η θερμότητα.
Φωτογραφία: Jaydyn Isiminger / Penn State

Η κρυμμένη θερμότητα κάτω από τη σταθερότητα της Γης

Για δισεκατομμύρια χρόνια, οι ήπειροι της Γης παρέμεναν σταθερές, αποτελώντας τη βάση για όρη, οικοσυστήματα και τον ανθρώπινο πολιτισμό. Ωστόσο, οι επιστήμονες προβληματίζονταν εδώ και καιρό σχετικά με το τι τις κάνει τόσο ανθεκτικές.

Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Penn State και το Πανεπιστήμιο Κολούμπια αποκάλυψαν την πιο σαφή εξήγηση μέχρι σήμερα για αυτή την αξιοσημείωτη σταθερότητα, και όλα οφείλονται στη θερμότητα.

Στα συμπεράσματα που δημοσιεύθηκαν στις 13 Οκτωβρίου στο Nature Geoscience, η ομάδα έδειξε ότι η δημιουργία μακράς διάρκειας ηπειρωτικού φλοιού απαιτούσε θερμοκρασίες άνω των 900 βαθμών Κελσίου στον κατώτερο φλοιό της Γης.

Οι ακραίες συνθήκες προκάλεσαν τη μετακίνηση ραδιενεργών στοιχείων, όπως το ουράνιο και το θόριο, προς τα πάνω.

Καθώς αυτά τα στοιχεία διασπώνταν, απελευθέρωναν θερμότητα, και, με την άνοδό τους προς την επιφάνεια, βοήθησαν στην απομάκρυνση αυτής της θερμότητας, επιτρέποντας στον κατώτερο φλοιό να κρυώσει και να σκληρύνει με την πάροδο του χρόνου.

Για να καταλήξουν στα συμπεράσματά τους, η ομάδα πήρε δείγματα βράχων από τις Άλπεις στην Ευρώπη και τις νοτιοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς και εξέτασε δημοσιευμένα δεδομένα από την επιστημονική βιβλιογραφία. Εδώ είναι μια χημική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του Smye στο Penn State.
Φωτογραφία: Jaydyn Isiminger / Penn State

Πέρα από τη Γεωλογία: Σύγχρονες συνέπειες και η αναζήτηση ζωής

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ανακάλυψη έχει εκτεταμένες συνέπειες πέρα από την κατανόηση του παρελθόντος της Γης.

Θα μπορούσε να βοηθήσει να καθοδηγήσει την αναζήτηση κρίσιμων ορυκτών που τροφοδοτούν τις σημερινές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων των smartphones, των ηλεκτρικών οχημάτων και των συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ακόμη και να βοηθήσει στο κυνήγι για κατοικήσιμους πλανήτες πέρα από το ηλιακό μας σύστημα.

Οι ερευνητές ανέλυσαν χημικά δεδομένα ολόκληρων βράχων από εκατοντάδες δείγματα μεταϊζηματογενών και μεταπυριγενών πετρωμάτων — τους τύπους των πετρωμάτων που αποτελούν μεγάλο μέρος του κατώτερου φλοιού — και στη συνέχεια κατηγοριοποίησαν τα δείγματα με βάση τις μέγιστες μεταμορφικές θερμοκρασίες τους, όταν οι βράχοι υφίστανται φυσικές και χημικές αλλαγές ενώ παραμένουν ως επί το πλείστον στερεοί. Ο Άντριου Σμάι, αριστερά, αναπληρωτής καθηγητής γεωεπιστημών, απεικονίζεται να αναλύει ένα δείγμα βράχου με την ομάδα φοιτητών του.
Φωτογραφία: Jaydyn Isiminger / Penn State

Οι ίδιες γεωλογικές διεργασίες που σταθεροποίησαν τον φλοιό της Γης μετέφεραν επίσης πολύτιμα στοιχεία σπάνιων γαιών, όπως το λίθιο, ο κασσίτερος και το βολφράμιο.

Η κατανόηση του πώς αυτά τα στοιχεία κινήθηκαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να εντοπίσουν νέα κοιτάσματα σήμερα.

Οι ερευνητές πιστεύουν επίσης ότι αυτές οι διεργασίες που καθοδηγούνται από τη θερμότητα μπορεί να συμβούν και σε άλλους βραχώδεις πλανήτες, προσφέροντας νέα στοιχεία για τον εντοπισμό κόσμων που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή.

Οι συνθήκες για έναν κατοικήσιμο πλανήτη

«Οι σταθερές ήπειροι αποτελούν προϋπόθεση για την κατοικήσιμη ζωή, αλλά για να αποκτήσουν αυτή τη σταθερότητα, πρέπει να κρυώσουν», δήλωσε ο Andrew Smye, αναπληρωτής καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State και επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας.

«Για να κρυώσουν, πρέπει να μετακινήσουν όλα αυτά τα στοιχεία που παράγουν θερμότητα -το ουράνιο, το θόριο και το κάλιο- προς την επιφάνεια, γιατί αν αυτά τα στοιχεία παραμείνουν βαθιά, δημιουργούν θερμότητα και λιώνουν τον φλοιό».

Ο Smey εξήγησε ότι ο σύγχρονος ηπειρωτικός φλοιός της Γης άρχισε να σχηματίζεται πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Πριν από αυτό, ο φλοιός ήταν αρκετά διαφορετικός, καθώς του έλειπε η πλούσια σε πυρίτιο σύνθεση που παρατηρείται σήμερα.

Οι επιστήμονες υπέθεταν εδώ και καιρό ότι η τήξη του παλαιότερου φλοιού βοήθησε στον σχηματισμό σταθερών ηπειρωτικών πλακών, αλλά αυτή η νέα έρευνα αποκαλύπτει ότι η διαδικασία απαιτούσε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως.

«Ουσιαστικά βρήκαμε μια νέα “συνταγή” για το πώς να δημιουργηθούν ήπειροι: πρέπει να θερμανθούν πολύ περισσότερο από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως, περίπου 200 βαθμούς Κελσίου θερμότερα», δήλωσε ο Smey.

Στοιχεία πετρωμάτων από όλο τον κόσμο

Για να καταλήξουν στα συμπεράσματά τους, η ομάδα πήρε δείγματα βράχων από τις Άλπεις στην Ευρώπη και τις νοτιοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς και εξέτασε δημοσιευμένα δεδομένα από την επιστημονική βιβλιογραφία.

Ανέλυσαν χημικά δεδομένα ολόκληρων βράχων από εκατοντάδες δείγματα μεταϊζηματογενών και μεταπυριγενών πετρωμάτων -τους τύπους των πετρωμάτων που αποτελούν μεγάλο μέρος του κατώτερου φλοιού- και στη συνέχεια κατηγοριοποίησαν τα δείγματα με βάση τις μέγιστες θερμοκρασίες μεταμόρφωσής τους, όταν τα πετρώματα υφίστανται φυσικές και χημικές αλλαγές ενώ παραμένουν ως επί το πλείστον στερεοί.

Οι ερευνητές διέκριναν συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (HT) και συνθηκών υπερυψηλής θερμοκρασίας (UHT). Ο Smey και ένας ακόμη συγγραφέας, ο Peter Kelemen, καθηγητής επιστημών γης και περιβάλλοντος στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια, παρατήρησαν μια εντυπωσιακή συνέπεια στις συνθέσεις των πετρωμάτων που είχαν λιώσει σε θερμοκρασίες άνω των 900°C.

Είχαν σημαντικά χαμηλότερες συγκεντρώσεις ουρανίου και θορίου σε σύγκριση με εκείνες των πετρωμάτων που είχαν υποστεί τήξη σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.

«Είναι σπάνιο να βλέπεις ένα τόσο συνεπές σήμα σε βράχους από τόσα πολλά διαφορετικά μέρη», είπε. «Είναι μια από εκείνες τις στιγμές επιφοίτησης που σκέφτεσαι ‘η φύση προσπαθεί να μας πει κάτι εδώ’».

Εξήγησε ότι η τήξη στους περισσότερους τύπους βράχων συμβαίνει όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 650 °C, ή λίγο πάνω από έξι φορές πιο ζεστή από το βραστό νερό. Συνήθως, όσο πιο βαθιά στον φλοιό πηγαίνεις, η θερμοκρασία αυξάνεται κατά περίπου 20 °C για κάθε χιλιόμετρο βάθους.

Δεδομένου ότι η βάση των περισσότερων σταθερών ηπειρωτικών πλακών έχει πάχος περίπου 30 έως 40 χιλιόμετρα, οι θερμοκρασίες των 900 °C δεν είναι κανονικές και απαιτούν από αυτούς να επανεξετάσουν τη δομή της θερμοκρασίας.

Ο Smey εξήγησε ότι νωρίτερα στην ιστορία της Γης, η ποσότητα θερμότητας που παράγονταν από τα ραδιενεργά στοιχεία που αποτελούσαν τον φλοιό -το ουράνιο, το θόριο και το κάλιο- ήταν περίπου διπλάσια από ό,τι είναι σήμερα. «Υπήρχε περισσότερη διαθέσιμη θερμότητα στο σύστημα», είπε.

«Σήμερα, δεν θα περιμέναμε να παραχθεί τόσο σταθερός φλοιός επειδή υπάρχει λιγότερη διαθέσιμη θερμότητα για να τον σφυρηλατήσει».

Πρόσθεσε ότι η κατανόηση του πώς αυτές οι αντιδράσεις υπερυψηλής θερμοκρασίας μπορούν να κινητοποιήσουν στοιχεία στον φλοιό της Γης έχει ευρύτερες επιπτώσεις για την κατανόηση της κατανομής και της συγκέντρωσης κρίσιμων ορυκτών, μιας ιδιαίτερα περιζήτητης ομάδας μετάλλων που έχει αποδειχθεί δύσκολο να εξορυχθούν και να εντοπιστούν.

Εάν οι επιστήμονες μπορέσουν να κατανοήσουν τις αντιδράσεις που αναδιένειμαν για πρώτη φορά τα πολύτιμα στοιχεία, θεωρητικά, θα μπορούσαν να εντοπίσουν καλύτερα νέα κοιτάσματα των υλικών σήμερα.

«Αν αποσταθεροποιήσεις τα ορυκτά που φιλοξενούν ουράνιο, θόριο και κάλιο, απελευθερώνεις ταυτόχρονα πολλά στοιχεία σπάνιων γαιών», είπε.