プレートテクトニクスは、地球が近隣の惑星と大きく異なって見える理由の 1 つです。
私たちの惑星の地殻の巨大な塊の動きは、山脈を築き、地震を引き起こし、海洋と大陸を形成し、長い時間をかけて地球の気候と磁場の調節に役立っています。
このプロセスは、複雑な生命の進化を可能にした長期的な居住性を維持するための鍵となる可能性もあります。しかし、それがいつ始まったのかは長年の謎だった。
新しい研究では、手がかりを探すために 1,000 個以上の岩石の化学指紋を研究し、この顕著な変化がいつ起こったかについての明確な証拠を発見しました。
プレートテクトニクスが重要な理由
多くの科学者は、金星や火星のような地殻構造的に「死んだ」世界とは異なり、プレートテクトニクスが私たちの惑星を生命に優しい状態に保つ長期的な安定性をもたらしていると信じています。
リーブマン (2020); Shahar らの後に修正されました。 (2019年)
しかし、このプロセスがいつ始まったかをめぐって議論は激しくなっている。それは地球の45億年の歴史全体を通して続いたのだろうか、それとも途中のある時点で「スイッチが入った」のだろうか？
地球の初期の歴史の大部分では、高い山を築き、移動し衝突するプレートが存在せず、地球は大部分が海で覆われていた可能性があります。その後、山は侵食され、海洋生物の餌となる栄養素が供給されます。
ティム・バーテリンク / ウィキメディア、CC BY-SA
プレートテクトニクスは証拠を隠蔽するのが非常に得意であるため、この問題を解決するのは困難です。プレートが衝突すると、古い地殻の一部がマントルに引き戻され、山を形成するために押し上げられた地殻も浸食が始まり、地質学的記録が消去されます。
多くの場合、生き残るのは、予想に反して何十億年も耐えてきた古代の岩石に保存された化学指紋だけです。
岩石に残った指紋を読み取る
私たちの新しい研究では、そのような指紋の 1 つを研究しました。
新しい大陸地殻、つまり私たちが立っている地面は、マントルマグマの結晶化から常に新しく形成されるわけではありません。多くの場合、それは既存の地殻の中にすでに存在していた古い岩石を溶かして作られます。
このプロセスは、子供が親から受け継ぐ DNA に似た、永続的な化学的痕跡を新しい岩石に残します。これが私たちが調査した指紋です。
一部の鉱物 (私たちの場合は長石と一部の硫化鉱物) では、この指紋は何十億年もほとんど乱されることなく存続することができます。
私たちは、オーストラリア、アフリカ、北アメリカ、ヨーロッパの古代大陸から採取した 1,200 個以上の岩石を分析しました。その中には、私たちが新たに分析したものもあれば、以前の研究から編集されたものもあります。これは、約 40 億年の地球の歴史に及びます。
J. リーブマン
消えた信号
指紋の中に印象的なパターンが見つかりました。約25億年より古い岩石には、約40億年前に形成されたと思われる非常に古い地殻の紛れもない特徴があった。
地質学的に言えば、これは地球自体が形成されてからそれほど時間は経っていません。この古代の地殻物質は、10億年以上にわたって溶融と再溶融を繰り返し、地球の最も初期の大陸の大部分を構成する花崗岩のような岩石を生成しました。
そして、約25億年前、その指紋は突然消えてしまいます。私たちは何百もの若い岩石を探索しましたが、古代の地殻貯留層の特徴的な特徴を再び見つけることはできませんでした。
J. リーブマン
地球の転換点
この指紋の消失は、地球が大陸を構築する方法における根本的な再編を示すものであると私たちは考えています。私たちの結果は、25億年前までは、他の起源からのインプットがほとんどなく、同じ古代の大陸物質が何度も何度も溶けていたことを示唆しています。
その後、状況は変わりました。古代の岩石を溶かして新しい地殻を形成する代わりに、地球は古いものと新しいものの混合物から地殻を生成し始めました。これは、プレートの端で今日でも起こっていることです。そこでは、火山がマントルから新鮮な溶岩を運び上げ、古い地殻もリサイクルされています。
その結果、古代の地殻の指紋は消えました。したがって、25億年前のこの変化は、プレートテクトニクスが始まった時期であると考えられます。
同時期に大きな変化があったという証拠は他にもあります。岩石の化学変化と地殻の厚さと組成の変化がさらに起こり、地球最初の超大陸もこの時代に形成されました。
これらすべての証拠を総合すると、現時点で地球の仕組みに転換点があったことを示しています。その結果、地球の表面は生命の繁栄に必要な環境を発展させました。
何がプレートテクトニクスの始まりを引き起こしたのかはまだ正確にはわかっていませんが、私たちはその答えを追い続けています。今のところ、私たちの結果は、地球のユニークな地殻変動エンジンがいつ始動したかを示すパズルのもう 1 つのピースを提供します。
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