Νέα χημικά στοιχεία που διατηρήθηκαν σε ορισμένα από τα αρχαιότερα ορυκτά της Γης αμφισβητούν παγιωμένες αντιλήψεις σχετικά με την πρώιμη γεωλογική κατάσταση του πλανήτη. Μικροσκοπικοί κρύσταλλοι ζιρκονίου αποκαλύπτουν ότι η πρώιμη ιστορία της Γης ενδέχεται να περιλάμβανε εκπληκτικά περίπλοκη τεκτονική δραστηριότητα. Η Γη σήμερα είναι δομημένη γύρω από την ανακύκλωση.
Τα αρχαιότερα ορυκτά της Γης ξαναγράφουν την ιστορία της προέλευσης του πλανήτη
Αναλύσεις αρχαίων ζιρκονίων υποδηλώνουν ότι τμήματα της Γης κατά τον Αδαίο Μεγααιώνα ενδέχεται να φιλοξενούσαν πρώιμες μορφές καταβύθισης πλακών και ηπειρωτικού φλοιού, αντί να κυριαρχούνται από ένα ενιαίο, άκαμπτο τεκτονικό καθεστώς. Φωτογραφία: Freepik
Ο παλιός φλοιός βυθίζεται, λιώνει και επιστρέφει ως νέο πέτρωμα. Μια νέα μελέτη ζιρκονίων υποδηλώνει ότι αυτού του είδους η ανακύκλωση μπορεί να ξεκίνησε σοκαριστικά νωρίς, σε ορισμένα σημεία, όταν ο πλανήτης βρισκόταν ακόμη στα πρώτα πεντακόσια εκατομμύρια χρόνια του.
Επιστήμονες με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον εντόπισαν χαρακτηριστικά χημικά μοτίβα στο εσωτερικό των ζιρκονίων —των αρχαιότερων ορυκτών της Γης— που ταιριάζουν με όσα αναμένουν οι γεωλόγοι από την καταβύθιση πλακών και από μεγάλες ποσότητες ηπειρωτικού φλοιού κατά τον Αδαίο Μεγααιώνα, πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια.
Εάν αυτή η ερμηνεία ευσταθεί, η πρώιμη Γη δεν ήταν απλώς τυλιγμένη σε ένα άκαμπτο, ακίνητο εξωτερικό κέλυφος —η κλασική ιδέα του “στάσιμου καλύμματος” (stagnant lid) που προϋποθέτει επίσης ελάχιστο ή καθόλου ηπειρωτικό φλοιό. Αντίθετα, τουλάχιστον ορισμένες περιοχές μπορεί να ήταν αρκετά δυναμικές ώστε να αναδιαμορφώνουν την επιφάνεια, κάτι που έχει σημασία επειδή η ανακύκλωση του φλοιού και η δημιουργία ηπείρων επηρεάζουν το πού μπορούν να υπάρξουν σταθερά, δυνητικά φιλικά προς τη ζωή περιβάλλοντα.
Η εργασία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature και επικεντρώνεται σε αρχαία ζιρκόνια από την περιοχή Τζακ Χιλς (Jack Hills) της Δυτικής Αυστραλίας. Αυτοί οι κόκκοι, που ανευρίσκονται ως μικροσκοπικοί κρύσταλλοι οι οποίοι αποσαθρώθηκαν από παλαιότερα πετρώματα και διατηρήθηκαν μέσα σε νεότερα ιζήματα, θεωρούνται πολύτιμοι επειδή φέρουν το μοναδικό άμεσο αρχείο από τα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια της Γης. Αυτό τους καθιστά σπάνιους μάρτυρες του τρόπου με τον οποίο η επιφάνεια και το εσωτερικό του πλανήτη αλληλεπίδρασαν καθώς άρχιζαν να σχηματίζονται οι πρώτες ήπειροι.
Η ερευνητική ομάδα κατέληξε στα συμπεράσματά της μετρώντας ιχνοστοιχεία στο εσωτερικό μεμονωμένων κόκκων ζιρκονίου με τη χρήση του WiscSIMS, ενός εξαιρετικά ευαίσθητου οργάνου που βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον (UW–Madison). Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει στους επιστήμονες να αναλύουν αντικείμενα με μέγεθος περίπου το ένα δέκατο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας.
Η ομάδα ανέπτυξε επίσης νέες αναλυτικές τεχνικές που κατέστησαν δυνατό τον προσδιορισμό στοιχείων τα οποία δεν μπορούσαν να μελετηθούν αξιόπιστα στο παρελθόν. Τα ιχνοστοιχεία λειτουργούν ως χημικοί δείκτες που αποκαλύπτουν τις συνθήκες υπό τις οποίες σχηματίστηκε κάθε ζιρκόνιο.
“Είναι μικροσκοπικές χρονοκάψουλες και φέρουν έναν τεράστιο όγκο πληροφοριών”, λέει ο John Valley, ομότιμος καθηγητής γεωεπιστημών στο UW–Madison, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.
Σύμφωνα με τον Valley, η χημική σύσταση των ζιρκονίων από το Τζακ Χιλς (Jack Hills) υποδεικνύει ότι σχηματίστηκαν από μια πολύ διαφορετική πηγή σε σχέση με άλλα ζιρκόνια του Αδαίου Μεγααιώνα που ανακαλύφθηκαν στη Νότια Αφρική. Τα δείγματα από τη Νότια Αφρική παρουσιάζουν χημικά χαρακτηριστικά τυπικά για απλούστερα πετρώματα που προήλθαν βαθιά μέσα από τον μανδύα της Γης.
“Αυτό που βρήκαμε στο Τζακ Χιλς είναι ότι τα περισσότερα από τα ζιρκόνιά μας δεν φαίνεται να προέρχονται από τον μανδύα”, λέει ο Valley. “Μοιάζουν με ηπειρωτικό φλοιό. Φαίνεται να σχηματίστηκαν πάνω από μια ζώνη καταβύθισης”. Συνολικά, οι δύο πληθυσμοί ζιρκονίων υποδηλώνουν ότι η πρώιμη γεωλογία της Γης ήταν πιο ποικιλόμορφη από ό,τι είχε υποτεθεί προηγουμένως, με διαφορετικές τεκτονικές διεργασίες να λειτουργούν ταυτόχρονα αντί για ένα ενιαίο, ομοιόμορφο σύστημα, λέει ο Valley
“Πιστεύω ότι τα δεδομένα από τη Νότια Αφρική είναι σωστά, και τα δικά μας δεδομένα είναι σωστά”, λέει ο Valley. “Αυτό σημαίνει ότι η Γη κατά τον Αδαίο Μεγααιώνα δεν καλυπτόταν από ένα ομοιόμορφο στάσιμο κάλυμμα”. Είναι σημαντικό ότι ο τύπος της καταβύθισης που θα μπορούσε να έχει παράγει τα ζιρκόνια του Τζακ Χιλς (Jack Hills) δεν είναι απαραίτητα ο ίδιος με αυτόν της σύγχρονης τεκτονικής των πλακών.
Ο Valley περιέγραψε μια διαδικασία κατά την οποία μανδυακά πλουμάτια (mantle plumes) υπερθερμου πετρώματος αναδύονταν, έλιωναν εν μέρει και συσσωρεύονταν στη βάση του φλοιού, δημιουργώντας μια κυκλοφορία που μπορούσε να παρασύρει υλικά της επιφάνειας προς τα κάτω. “Αυτό είναι καταβύθιση”, λέει ο ίδιος. “Δεν είναι τεκτονική πλακών, αλλά έχεις πετρώματα της επιφάνειας να βυθίζονται μέσα στον μανδύα”.
Αυτό έχει σημασία επειδή η καταβύθιση μεταφέρει πετρώματα της επιφάνειας, πλούσια σε νερό, σε θερμότερα βάθη, όπου μπορούν να προκαλέσουν τήξη και να σχηματίσουν μάγματα που παράγουν γρανιτικά πετρώματα. “Εάν υπάρχει υλικό στην επιφάνεια, τότε η επιφάνεια διέθετε υγρό νερό κατά τον Αδαίο Μεγααιώνα”, λέει ο Valley. “Και όταν μεταφέρεις αυτό το υλικό προς τα κάτω, είναι υγρό και αφυδατώνεται. Το νερό προκαλεί την τήξη και αυτό σχηματίζει γρανίτες”.
Οι γρανίτες και τα συναφή πετρώματα αποτελούν θεμελιώδη δομικά στοιχεία των ηπείρων. Είναι λιγότερο πυκνά από άλλα κοινά πετρώματα που βρίσκονται κάτω από τους ωκεανούς της Γης. Αυτό δημιουργεί άνωση στις ηπείρους, οι οποίες υψώνονται πάνω από τις λεκάνες των ωκεανών, παρέχοντας σταθερά περιβάλλοντα στην επιφάνεια της Γης.
“Πρόκειται για ενδείξεις των πρώτων ηπείρων και οροσειρών”, λέει ο Valley. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η πρώιμη Γη ήταν γεωλογικά ποικιλόμορφη, με διαφορετικά είδη τεκτονικής να λειτουργούν ταυτόχρονα σε διάφορες περιοχές. “Μπορούμε να έχουμε ταυτόχρονα ένα περιβάλλον τύπου ‘στάσιμου καλύμματος’ και ένα περιβάλλον τύπου ‘καταβύθισης’, απλώς σε διαφορετικά μέρη”, αναφέρει ο Valley. Αυτή η πολυπλοκότητα θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες σκέφτονται για το πρώτο δισεκατομμύριο χρόνια του πλανήτη, και οι προεκτάσεις εκτείνονται πέρα από την τεκτονική.
Η καταβύθιση και ο σχηματισμός ηπείρων επηρεάζουν το πότε εμφανίστηκε για πρώτη φορά η ξηρά και πώς εξελίχθηκαν τα επιφανειακά περιβάλλοντα. Αυτό που όλοι θέλουν πραγματικά να μάθουν είναι: “Πότε εμφανίστηκε η ζωή”; λέει ο Valley. “Αυτό δεν απαντά στο ερώτημα, αλλά μας λέει ότι είχαμε ξηρά ως βιώσιμο περιβάλλον πολύ νωρίς”.
Τα αρχαιότερα αποδεκτά μικροαπολιθώματα είναι ηλικίας περίπου 3,5 δισεκατομμυρίων ετών, όμως τα ζιρκόνια του Τζακ Χιλς (Jack Hills) μεταθέτουν τις ενδείξεις για δυνητικά κατοικήσιμες συνθήκες στην επιφάνεια πολύ νωρίτερα. “Προτείνουμε ότι υπήρξαν περίπου 800 εκατομμύρια χρόνια ιστορίας της Γης κατά τα οποία η επιφάνεια ήταν κατοικήσιμη, αλλά δεν έχουμε απολιθωμένα στοιχεία και δεν γνωρίζουμε πότε πρωτοεμφανίστηκε η ζωή στη Γη”, αναφέρει ο Valley.
Καθώς οι επιστήμονες συνεχίζουν να αναζητούν στοιχεία για το πώς ήταν η πρώιμη Γη, ο Valley λέει ότι τα τελευταία αποτελέσματα αποτελούν παράδειγμα της δύναμης που προσφέρει η βελτίωση και η τελειοποίηση των εργαστηριακών τεχνικών.
“Οι νέες αναλυτικές μας δυνατότητες άνοιξαν ένα παράθυρο σε αυτά τα καταπληκτικά δείγματα”, λέει ο ίδιος. “Τα ζιρκόνια του Αδαίου Μεγααιώνα είναι στην κυριολεξία τόσο μικρά που δεν μπορείς να τα δεις χωρίς φακό, κι όμως μας αφηγούνται την κατά τα άλλα άγνωστη ιστορία της πρώιμης Γης”.