Antichi e vasti tratti di crosta continentale conosciuti come cratoni hanno stabilizzato i continenti della Terra per miliardi di anni attraverso spostamenti delle masse terrestri, formazione di montagne e sviluppo degli oceani. Gli scienziati della Penn State hanno proposto un nuovo meccanismo che potrebbe spiegare la formazione dei cratoni circa 3 miliardi di anni fa, facendo luce su una questione di vecchia data nella storia geologica della Terra.
Scienziati menzionati nella rivista natura I continenti potrebbero non essere emersi dagli oceani terrestri come una massa continentale stabile, la loro caratteristica distintiva è una crosta superiore ricca di granito. Invece, l’esposizione di nuove rocce al vento e alla pioggia circa 3 miliardi di anni fa ha innescato una serie di processi geologici che alla fine hanno stabilizzato la crosta, consentendole di sopravvivere per miliardi di anni senza essere distrutta o ripristinata.
Gli scienziati hanno affermato che i risultati potrebbero rappresentare una nuova comprensione di come si evolvono i pianeti potenzialmente abitabili simili alla Terra.
Implicazioni per l’evoluzione planetaria
“Per creare un pianeta come la Terra, è necessario creare una crosta continentale e stabilizzarla”, ha affermato Jesse Remink, assistente professore di Scienze della Terra alla Penn State e autore dello studio. “Gli scienziati pensano che siano la stessa cosa: i continenti si sono stabilizzati e poi sono emersi al di sopra del livello del mare. Ma quello che stiamo dicendo è che questi processi sono separati.
Gli scienziati hanno affermato che i cratoni si estendono per più di 150 chilometri, o 93 miglia, dalla superficie terrestre al mantello superiore, dove agiscono come la chiglia di una barca, mantenendo i continenti galleggianti al livello del mare o vicino ad esso attraverso il tempo geologico.
Gli agenti atmosferici possono eventualmente concentrare elementi che producono calore come uranio, torio e potassio nella crosta superficiale, consentendo alla crosta più profonda di raffreddarsi e solidificarsi. Questo meccanismo ha creato uno spesso e solido strato di roccia che potrebbe aver protetto il fondo dei continenti da successive deformazioni, una caratteristica distintiva dei cratoni, hanno detto gli scienziati.
Processi geologici e produzione di calore
“La ricetta per creare e stabilizzare la crosta continentale prevede la concentrazione di questi elementi che producono calore – che possono essere pensati come mini-motori termici – vicino alla superficie”, ha affermato Andrew Smee, assistente professore di geoscienze alla Penn State e autore dello studio. studio. Stare. “Devi farlo ogni volta mais L’uranio, il torio o il potassio decadono, rilasciando calore che può aumentare la temperatura della crosta terrestre. L’impiallacciatura calda è instabile, soggetta a deformazioni e non rimane al suo posto.
Quando il vento, la pioggia e le reazioni chimiche distrussero le rocce nei primi continenti, i sedimenti e i minerali argillosi si riversarono nei corsi d’acqua e nei fiumi e furono trasportati in mare dove crearono depositi sedimentari simili a scisto che contenevano alte concentrazioni di uranio, torio e potassio. . Hanno detto gli scienziati.
Le collisioni tra le placche tettoniche seppellirono queste rocce sedimentarie in profondità nella crosta terrestre, dove il calore radiativo dello scisto sciolse la crosta inferiore. Il materiale fuso galleggerebbe e risalirebbe verso la crosta superiore, intrappolando gli elementi che producono calore in rocce come il granito e consentendo alla crosta inferiore di raffreddarsi e solidificarsi.
Si pensa che i cratoni si siano formati tra 3 e 2,5 miliardi di anni fa, un periodo in cui elementi radioattivi come l’uranio decadevano a una velocità circa due volte più veloce, emettendo il doppio del calore di oggi.
Remink ha affermato che il lavoro evidenzia che il periodo in cui i cratoni si formarono nella Terra di Mezzo era particolarmente adatto ai processi che potrebbero aver portato alla loro stabilità.
“Possiamo pensare a questo come a una questione di evoluzione planetaria”, ha detto Remink. “L’emergere dei continenti relativamente all’inizio della loro vita potrebbe essere uno degli ingredienti chiave di cui hai bisogno per creare un pianeta come la Terra, perché creerai depositi radioattivi molto caldi e produrrai una regione davvero stabile di crosta continentale che vive vicino al livello del mare è un ottimo ambiente in cui la vita può diffondersi”.
I ricercatori hanno analizzato le concentrazioni di uranio, torio e potassio provenienti da centinaia di campioni di roccia dell’era Archeana, quando si formarono i cratoni, per valutare la produttività del calore radiativo sulla base delle effettive composizioni delle rocce. Hanno usato questi valori per creare modelli termici della formazione dei cratoni.
“In precedenza, le persone osservavano e osservavano gli effetti del cambiamento della produzione di calore radiante nel tempo”, ha detto Smay. “Ma il nostro studio collega la produzione di calore basata sulle rocce all’emergenza continentale, alla generazione di sedimenti e alla differenziazione della crosta continentale”.
I cratoni, che si trovano tipicamente all’interno dei continenti, contengono alcune delle rocce più antiche della Terra, ma rimangono difficili da studiare. Nelle aree tettonicamente attive, la formazione di una cintura montuosa può portare in superficie rocce che un tempo erano sepolte nelle profondità della Terra.
Ma le origini dei cratoni rimangono profondamente sotterranee e inaccessibili. Gli scienziati hanno affermato che il lavoro futuro includerà il campionamento dell’antico interno dei cratoni e forse la perforazione di campioni per testare il loro modello.
“Queste rocce sedimentarie metamorfiche che si sono sciolte e hanno prodotto granito che ha concentrato uranio e torio sono come registratori di volo a scatola nera che registrano pressione e temperatura”, ha detto Smay. “Se riusciamo ad aprire questo archivio, possiamo testare le previsioni del nostro modello sul percorso della crosta continentale.”
Riferimento: “Continenti stabilizzati dagli agenti atmosferici subaerei” di Jesse R. Remink e Andrew J. Sami, 8 maggio 2024, natura.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1
Penn State e la National Science Foundation degli Stati Uniti hanno fornito finanziamenti per questo lavoro.