Những dải vỏ lục địa cổ xưa, rộng lớn được gọi là nền cổ đã ổn định các lục địa trên Trái đất trong hàng tỷ năm thông qua sự thay đổi về khối lượng đất liền, hình thành núi và sự phát triển của đại dương. Các nhà khoa học của bang Pennsylvania đã đề xuất một cơ chế mới có thể giải thích sự hình thành của các nền cổ khoảng 3 tỷ năm trước, làm sáng tỏ một câu hỏi tồn tại lâu đời trong lịch sử địa chất Trái đất.

Các nhà khoa học được đề cập trên tạp chí thiên nhiên Các lục địa có thể không hình thành từ các đại dương trên Trái đất như một vùng đất ổn định, đặc điểm nổi bật của chúng là lớp vỏ phía trên giàu đá granite. Thay vào đó, sự tiếp xúc của đá mới với gió và mưa khoảng 3 tỷ năm trước đã gây ra một loạt quá trình địa chất mà cuối cùng đã ổn định lớp vỏ – giúp lớp vỏ tồn tại hàng tỷ năm mà không bị phá hủy hoặc thiết lập lại.

Các nhà khoa học cho biết những phát hiện này có thể thể hiện sự hiểu biết mới về cách các hành tinh giống Trái đất có thể sinh sống được phát triển.

Ý nghĩa đối với sự tiến hóa của hành tinh

Jesse Remink, trợ lý giáo sư khoa học Trái đất tại bang Pennsylvania và là tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Để tạo ra một hành tinh giống Trái đất, bạn cần tạo ra lớp vỏ lục địa và bạn cần ổn định lớp vỏ đó”. “Các nhà khoa học đã nghĩ rằng đây là những điều giống nhau – các lục địa trở nên ổn định và sau đó nổi lên trên mực nước biển. Nhưng điều chúng tôi đang nói là các quá trình đó là riêng biệt.

Các nhà khoa học cho biết các nền cổ kéo dài hơn 150 km, hay 93 dặm, từ bề mặt Trái đất đến lớp phủ phía trên, nơi chúng hoạt động giống như sống tàu, giữ cho các lục địa trôi nổi ở hoặc gần mực nước biển qua thời gian địa chất.

Quá trình phong hóa cuối cùng có thể tập trung các nguyên tố sinh nhiệt như uranium, thorium và kali trong lớp vỏ nông, cho phép lớp vỏ sâu hơn nguội đi và đông đặc lại. Các nhà khoa học cho biết cơ chế này tạo ra một lớp đá dày và rắn chắc có thể bảo vệ đáy lục địa khỏi sự biến dạng sau này, một đặc điểm khác biệt của nền cổ.

Quá trình địa chất và sản xuất nhiệt

Andrew Smee, trợ lý giáo sư khoa học địa chất tại bang Pennsylvania và là tác giả của cuốn sách, cho biết: “Công thức tạo ra và ổn định lớp vỏ lục địa bao gồm việc tập trung các yếu tố tạo nhiệt này – có thể được coi là động cơ nhiệt mini – gần bề mặt”. học. Ở lại. “Bạn phải làm điều đó mọi lúc Ngô Uranium, thorium hoặc kali phân rã, giải phóng nhiệt có thể làm tăng nhiệt độ của vỏ Trái đất. Veneer nóng không ổn định, dễ bị biến dạng và không giữ nguyên vị trí.

Khi gió, mưa và các phản ứng hóa học phá vỡ đá ở các lục địa sơ khai, các trầm tích và khoáng sét trôi vào sông, suối và được đưa ra biển, nơi chúng tạo ra các lớp trầm tích giống như đá phiến chứa hàm lượng uranium, thorium và kali cao. . Các nhà khoa học cho biết.

Những tảng đá biến chất cổ xưa được gọi là gneiss, được tìm thấy trên bờ biển Bắc Cực, tượng trưng cho cội nguồn của các lục địa hiện lộ ra trên bề mặt. Các nhà khoa học cho biết đá trầm tích nằm xen kẽ trong các loại đá này sẽ cung cấp động cơ nhiệt để ổn định các lục địa. Tín dụng: Jesse Remink

Sự va chạm giữa các mảng kiến ​​tạo đã chôn vùi những tảng đá trầm tích này sâu trong lớp vỏ Trái đất, nơi nhiệt bức xạ từ đá phiến làm tan chảy lớp vỏ bên dưới. Vật liệu nóng chảy sẽ nổi lên và nổi trở lại lớp vỏ phía trên, giữ các nguyên tố sinh nhiệt ở đó trong các loại đá như đá granit, đồng thời khiến lớp vỏ phía dưới nguội đi và đông đặc lại.

Các nền cổ được cho là đã hình thành từ 3 đến 2,5 tỷ năm trước, thời điểm mà các nguyên tố phóng xạ như uranium đang phân rã với tốc độ nhanh gấp đôi, tỏa ra lượng nhiệt gấp đôi so với ngày nay.

Remink cho biết nghiên cứu nhấn mạnh rằng thời điểm các nền cổ được hình thành ở Trung Địa sơ khai rất phù hợp với các quá trình có thể dẫn tới sự ổn định của chúng.

“Chúng ta có thể coi đây là vấn đề tiến hóa của hành tinh,” Remink nói. “Sự xuất hiện tương đối sớm của các lục địa trong vòng đời của chúng có thể là một trong những yếu tố quan trọng bạn cần để tạo ra một hành tinh giống như Trái đất bởi vì bạn sẽ tạo ra các trầm tích phóng xạ rất nóng và tạo ra một vùng vỏ lục địa thực sự ổn định sống gần mực nước biển. là môi trường tuyệt vời để sự sống lan rộng.”

Các nhà nghiên cứu đã phân tích nồng độ uranium, thorium và kali từ hàng trăm mẫu đá từ thời Archean, khi các nền cổ hình thành, để đánh giá hiệu suất nhiệt bức xạ dựa trên thành phần đá thực tế. Họ đã sử dụng những giá trị này để tạo ra các mô hình nhiệt về sự hình thành nền cổ.

Smay cho biết: “Trước đây, người ta đã xem xét và xem xét tác động của việc thay đổi quá trình sản sinh nhiệt bức xạ theo thời gian”. “Nhưng nghiên cứu của chúng tôi liên kết quá trình sản sinh nhiệt từ đá với sự hình thành lục địa, tạo trầm tích và sự phân hóa lớp vỏ lục địa.”

Các nền cổ, thường được tìm thấy ở bên trong các lục địa, chứa một số loại đá cổ nhất trên Trái đất, nhưng chúng vẫn khó nghiên cứu. Ở những khu vực có hoạt động kiến ​​tạo, sự hình thành vành đai núi có thể đưa những tảng đá bị chôn sâu trong lòng đất lên bề mặt.

Nhưng nguồn gốc của các nền cổ vẫn nằm sâu dưới lòng đất và không thể tiếp cận được. Các nhà khoa học cho biết công việc trong tương lai sẽ bao gồm việc lấy mẫu bên trong các nền cổ và có lẽ là khoan các mẫu lõi để kiểm tra mô hình của họ.

Smay nói: “Những tảng đá trầm tích biến chất này tan chảy và tạo ra đá granit tập trung uranium và thorium giống như hộp đen ghi lại chuyến bay ghi lại áp suất và nhiệt độ”. “Nếu chúng tôi có thể mở kho lưu trữ này, chúng tôi có thể kiểm tra dự đoán của mô hình về đường đi của lớp vỏ lục địa.”

Tham khảo: “Các lục địa ổn định do phong hóa dưới không khí” của Jesse R. Nhắc lại và Andrew J. Sami, ngày 8 tháng 5 năm 2024, thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

Bang Pennsylvania và Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ đã tài trợ cho công việc này.