Dünya'nın ilk batırma bölgelerini arama
Yer bilimlerindeki en kalıcı gizemlerden biri, plaka tektoniğinin ne zaman ve nasıl başladığıdır. Bir tektonik plakanın diğerinin altına battığı süreç, kıtasal oluşum, uzun süreli iklim düzenlemesi ve toprak yüzeyi ve iç kısmı arasındaki su, karbon ve kükürt gibi uçucu elementlerin döngüsünün temel bir itici gücüdür. Ama bu süreci ne kadar geriye doğru izleyebiliriz?
Şimdiye kadar, doğrudan batma kanıtı büyük ölçüde 3 milyar yıldan (GA) daha küçük kayalarla sınırlıydı ve plaka tektoniğinin Dünya'nın en eski tarihinde var olup olmadığını veya gezegenin çok farklı bir jeodinamik rejim altında olup olmadığını anlamamızda büyük bir boşluk bıraktı.
Araştırmamız bu sınırı daha da geriye doğru itmeyi amaçladı. Dünyanın en eski kayalarında korunan jeokimyasal imzalar, hadan eon'un sonuna (~ 4 milyar yıl önce) aktif olup olmadığını ortaya çıkarabilir mi?
Dünyanın Derin Geçmişi Diseksiyon: Jeokimyasal Bir Soruşturma
Bu soruyu keşfetmek için, Dünya'daki en eski korunmuş kabuktan bazılarına döndük: Quebec, Kanada'daki 3.8 Ga eski Innuksuac kompleksi. Başlangıçta volkanik lavlar olarak oluşan bu kayalar daha sonra amfibolitlere metamorfize edildi. Bu dönüşüme rağmen, oluşumları hakkında ipuçları tutan birincil jeokimyasal imzaları korurlar.
Araştırmamız iki jeokimyasal izleyiciye odaklandı:
- Kükürt izotopları: Anoksik bir atmosferde fotokimyasal reaksiyonlarla üretilen bir imza olan kütle bağımsız kükürt izotop anomalilerini (S-MIF) ölçtük. Manto türevi kayalardaki bu anomalilerin tespit edilmesi, atmosferik kükürt taşıyan eski tortuların derin dünyaya geri dönüştürüldüğünü düşündürmektedir.
- Neodymiyum izotopları: Yüksek hassasiyetli kütle spektrometrisi kullanarak analiz ettik 142Erken kabuk farklılaşması hakkında bilgi veren ND anomalileri. Bu anomaliler şu anda yok olan çürümeden kaynaklanıyor 146Sadece 4 ga'dan önce aktif olan SM, 142Hadean kabuk büyümesi ve geri dönüşümünün eşsiz bir izleyicisi.
Bu izotop sistemlerini birleştirerek, Dünya'nın ilkel atmosferine maruz kalan kükürt içeren eski tortuların daha sonra innuksuac lavlarının manto kaynağına batırma ile taşınıp taşınmadığını test ettik.
Ne keşfettik: 3.8 ga'da batma?
Verilerden çarpıcı bir patern ortaya çıktı: kükürt izotopları, atmosferik imzaların, en üstteki manto basınçlarında tortu devolatilasyonu yoluyla manto türevi magmalara dahil edildiğini ve yüzey malzemelerinin sönmesi için güçlü kanıtlar sağladığını ortaya koydu. Benzer şekilde, neodymiyum izotopları, özellikle ortaya çıkan kara kütlelerinin erozyonunun, batma sistemlerine büyük bir terrigen sediman akışları sağladığı kıtasal kenar boşlukları boyunca batma bölgelerinde modern ark lavlarına tipik eğilimler sergiledi.
Veriler birlikte, 3.8 GA'da geri dönüştürülen tortuların, Hadean eon sırasında 4.3 ve 4.4 GA arasında oluşan eski kıtasal malzemeden bile kaynaklandığını göstermektedir. Bu, Hadaan'ın sonunda, Dünya'nın zaten plaka tektonik süreçlerinin daha önce düşünüldüğünden daha önce aktif olduğu fikrini güçlendirerek, kabuk oluşumu, yıkım ve geri dönüşümün dinamik bir döngüsü oluşturduğunu göstermektedir.
Dünya'nın yaşanabilirliği ve yaşamın kökeni için çıkarımlar
Bu sonuçların erken Dünya'nın yaşanabilirliği için derin etkileri vardır. Subduction, su ve karbondioksit gibi bisiklet uçuşlarında hem okyanus hacmini hem de uzun süreli iklim istikrarını düzenleyen önemli bir rol oynar. Bu süreçler Hadean'ın sonuna kadar halihazırda mevcut olsaydı, Dünya tarihinin çok erken bir aşamasında yaşam için uygun koşullar yaratmaya katkıda bulunmuş olabilirler.
Bir başka önemli ima, kıtasal kara kütlelerinin Hadaan'da zaten ortaya çıkmış olabileceğidir. Maruz kalan arazinin varlığı, genellikle yaşam kaynağı senaryolarında çağrılan hidrotermal havalandırma ayarlarının ötesinde prebiyotik kimya için yeni ortamlar sağlayacaktır. Hadaan'da ortaya çıkan kıtalar zaten mevcutsa, belki de organik moleküllerin konsantre olabileceği ve etkileşime girebileceği sığ havuzlarda yaşamın ortaya çıkması için gerekli kimyasal reaksiyonları barındırabilirlerdi.
Son olarak, Hadean kıtaları, ilk biyolojik sistemleri şekillendiren kimyasal koşulları potansiyel olarak etkileyen erken okyanuslara fosfor ve potasyum gibi temel besinleri sağlayacaktı.
İleriye dönük
Bu çalışma erken batım için güçlü jeokimyasal kanıtlar sağlarken, birçok soru devam etmektedir:
- Bunlar izole edilmiş veya geçici olaylar mıydı yoksa plaka tektoniği zaten küresel ölçekte mi çalışıyordu?
- Erken Dünya'da hangi mekanik koşullar batırmanın gerçekleşmesini sağladı?
- Hadan proto-katları da batma yoluyla mı oluştu, yoksa dikey tektonik süreçler kabuk büyümesinin baskın modu muydu?
Jeokimyasal analizleri, jeodinamik modellemeyi ve saha araştırmalarını birleştiren gelecekteki çalışmalar, Dünya'nın erken biyojoodinamik evriminin hikayesini geliştirmeye yardımcı olacaktır. Bu arada, çalışmamız, Dünya'nın en eski kayalarının jeokimyasal “otopsilerinin” gezegenimizin tarihinin uzun süredir kayıp bölümlerini nasıl ortaya çıkarabileceğini ve bizi evrimini şekillendiren güçleri ve muhtemelen yaşamın kendisine yol açan koşulları anlamaya yaklaştırabileceğini vurgulamaktadır.
Bir yanıt yazın