Ερευνητές στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Smithsonian διεξήγαγαν μια νέα ανάλυση σε πετρώματα που πιστεύεται ότι είναι τουλάχιστον 2,5 δισεκατομμυρίων ετών, ρίχνοντας φως στη χημική ιστορία του μανδύα της Γης, το στρώμα κάτω από τον φλοιό του πλανήτη.
Τα ευρήματά τους ενισχύουν την κατανόησή μας για τις πρώτες γεωλογικές διεργασίες της Γης και συμβάλλουν σε μια μακροχρόνια επιστημονική συζήτηση σχετικά με τη γεωλογική ιστορία του πλανήτη.
Η νέα μελέτη
Συγκεκριμένα, η μελέτη παρέχει στοιχεία ότι η κατάσταση οξείδωσης του μεγαλύτερου μέρους του μανδύα της Γης παρέμεινε σταθερή κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου, αμφισβητώντας προηγούμενες δηλώσεις άλλων ερευνητών σχετικά με μεγάλες μεταβάσεις.
«Αυτή η μελέτη μας λέει περισσότερα για το πώς έγινε αυτό το ιδιαίτερο μέρος στο οποίο ζούμε, με τη μοναδική επιφάνεια και το εσωτερικό του που επέτρεψαν την ύπαρξη ζωής και υγρού νερού», δήλωσε η Elizabeth Cottrell, πρόεδρος του τμήματος του μουσείου ορυκτών επιστημών, επιμελήτρια της National Rock Collection και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Είναι μέρος της ιστορίας μας ως άνθρωποι, επειδή η προέλευσή μας ανάγεται στο πώς σχηματίστηκε η Γη και πώς έχει εξελιχθεί».
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, επικεντρώθηκε σε μια ομάδα πετρωμάτων που συλλέχθηκαν από τον πυθμένα της θάλασσας που είχαν ασυνήθιστες γεωχημικές ιδιότητες.
Συγκεκριμένα, τα πετρώματα δείχνουν ενδείξεις ότι έχουν λιώσει σε ακραίο βαθμό με πολύ χαμηλά επίπεδα οξείδωσης. Οξείδωση είναι όταν ένα άτομο ή μόριο χάνει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια σε μια χημική αντίδραση.
Με τη βοήθεια πρόσθετων αναλύσεων και μοντέλων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τις μοναδικές ιδιότητες αυτών των πετρωμάτων για να δείξουν ότι πιθανότατα χρονολογούνται πριν από τουλάχιστον 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Επιπλέον, τα ευρήματα δείχνουν ότι ο μανδύας της Γης έχει συνολικά διατηρήσει μια σταθερή κατάσταση οξείδωσης από τότε που σχηματίστηκαν αυτά τα πετρώματα, σε αντίθεση με ό,τι άλλοι γεωλόγοι έχουν προηγουμένως θεωρήσει.
«Τα αρχαία πετρώματα που μελετήσαμε είναι 10.000 φορές λιγότερο οξειδωμένα από τα τυπικά σύγχρονα πετρώματα του μανδύα και παρουσιάζουμε στοιχεία ότι αυτό οφείλεται στο ότι έλιωσαν βαθιά στη Γη… όταν ο μανδύας ήταν πολύ πιο ζεστός από ό,τι είναι σήμερα», είπε h Cottrell.
«Άλλοι ερευνητές προσπάθησαν να εξηγήσουν τα υψηλότερα επίπεδα οξείδωσης που παρατηρούνται σε πετρώματα από τον σημερινό μανδύα, υποδηλώνοντας ότι ένα γεγονός ή μια αλλαγή οξείδωσης έχει λάβει χώρα μεταξύ της περιόδου τότε και σήμερα. Τα στοιχεία μας δείχνουν ότι η διαφορά στα επίπεδα οξείδωσης μπορεί απλώς να εξηγηθεί από το γεγονός ότι ο μανδύας της Γης έχει κρυώσει επί δισεκατομμύρια χρόνια και δεν είναι πλέον αρκετά ζεστός για να παράγει πετρώματα με τόσο χαμηλά επίπεδα οξείδωσης».
E. Cottrell, Smithsonian
Γεωλογικά στοιχεία και μεθοδολογία μελετών
Η ερευνητική ομάδα -συμπεριλαμβανομένης της επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Suzanne Birner, η οποία ολοκλήρωσε μια προδιδακτορική υποτροφία στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας και τώρα είναι επίκουρη καθηγήτρια στο Berea College στο Κεντάκι – ξεκίνησε την έρευνά της για να κατανοήσει τη σχέση μεταξύ του συμπαγούς μανδύα της Γης και του σύγχρονου θαλάσσιου πυθμένα ηφαιστειακά πετρώματα.
Οι ερευνητές ξεκίνησαν μελετώντας μια ομάδα πετρωμάτων που εκτρέφονταν από τον πυθμένα της θάλασσας σε δύο ωκεάνιες κορυφογραμμές όπου οι τεκτονικές πλάκες εξαπλώνονται και ο μανδύας αναδεύεται στην επιφάνεια και δημιουργεί νέο φλοιό.
Τα δύο μέρη από τα οποία συλλέχθηκαν τα πετρώματα που μελετήθηκαν, η κορυφογραμμή Gakkel κοντά στον Βόρειο Πόλο και η Νοτιοδυτική Ινδική Κορυφογραμμή μεταξύ Αφρικής και Ανταρκτικής, είναι δύο από τα όρια τεκτονικών πλακών με τη βραδύτερη εξάπλωση στον κόσμο.
Ο αργός ρυθμός της εξάπλωσης σε αυτές τις κορυφογραμμές του ωκεανού σημαίνει ότι είναι σχετικά ήσυχες, ηφαιστειακά μιλώντας, σε σύγκριση με τις κορυφογραμμές ταχύτερης εξάπλωσης που είναι γεμάτες με ηφαίστεια όπως το East Pacific Rise. Αυτό σημαίνει ότι οι βράχοι που συλλέγονται από αυτές τις βραδέως διασκορπιζόμενες κορυφογραμμές είναι πιο πιθανό να είναι δείγματα του ίδιου του μανδύα.
Χαρακτηριστικά Αρχαίας περιόδου
Όταν η ομάδα ανέλυσε τα πετρώματα του μανδύα που συνέλεξαν από αυτές τις δύο κορυφογραμμές, ανακάλυψαν ότι είχαν παράξενες κοινές χημικές ιδιότητες. Πρώτον, τα πετρώματα είχαν λιώσει σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό από ό,τι είναι τυπικό για τον μανδύα της Γης σήμερα. Δεύτερον, τα πετρώματα ήταν πολύ λιγότερο οξειδωμένα από τα περισσότερα άλλα δείγματα του μανδύα της Γης. Για να επιτύχουν τόσο υψηλό βαθμό τήξης, οι ερευνητές σκέφτηκαν ότι τα πετρώματα πρέπει να έχουν λιώσει βαθιά στη Γη σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.
Η μόνη περίοδος της γεωλογικής ιστορίας της Γης που είναι γνωστό ότι περιλαμβάνει τόσο υψηλές θερμοκρασίες ήταν μεταξύ 2,5 και 4 δισεκατομμυρίων ετών πριν.
Κατά συνέπεια, οι ερευνητές συμπέραναν ότι αυτοί οι βράχοι του μανδύα μπορεί να είχαν λιώσει κατά τη διάρκεια της περιόδου, όταν το εσωτερικό του πλανήτη ήταν 360–540 βαθμούς Φαρενάιτ (200–300 βαθμοί Κελσίου) θερμότερο από ό,τι είναι σήμερα.
Το να είναι τόσο εξαιρετικά λιωμένο θα είχε προστατεύσει αυτά τα πετρώματα από περαιτέρω τήξη που θα μπορούσε να έχει αλλάξει τη χημική τους υπογραφή, επιτρέποντάς τους να κυκλοφορούν στον μανδύα της Γης για δισεκατομμύρια χρόνια χωρίς να αλλάξει σημαντικά η χημεία τους.
«Αυτό το γεγονός από μόνο του δεν αποδεικνύει τίποτα», είπε η Cottrell. «Αλλά ανοίγει την πόρτα σε αυτά τα δείγματα να είναι γνήσιες γεωλογικές χρονοκάψουλες».
«Η ψύξη του μανδύα της Γης είναι ένας φυσικός περιορισμός για το πόσο χαμηλή οξείδωση μπορούμε να παράγουμε στη Γη σήμερα. Είναι πολύ πιο απλή εξήγηση από το να υποθέσουμε ότι συνέβησαν σημαντικές μεταβολές οξείδωσης στον μανδύα της Γης κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας, που δεν μπορούμε να εξηγήσουμε πλήρως» κατέληξε