Tektonische Platten begannen sich früher als bisher zu verschieben – vor mindestens 3,2 Milliarden Jahren

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Archean Keel-Drip Tectonics

Ein künstlerischer Querschnitt durch Krustenbildung vor ca. 3-4 Milliarden Jahren. Das Vorhandensein oder Fehlen von Plattentektonik während dieser Zeit ist ein Thema heftiger wissenschaftlicher Debatten. Eine von Harvard-Geologen durchgeführte Studie hat Beweise dafür gefunden, dass sich die Kruste in der tiefen Vergangenheit schnell über die Erdoberfläche bewegte, ein Kennzeichen der modernen Plattentektonik. Dies deutet darauf hin, dass die Bewegung der Platte ein bedeutender Prozess in der frühen Erdgeschichte gewesen sein könnte. Bildnachweis: Alec Brenner, Harvard University

Harvard-Forscher entdecken einige der frühesten Beweise für eine moderne Plattenbewegung.

Eine dauerhafte Frage in der Geologie ist, wann die tektonischen Platten der Erde begannen, einen Prozess zu schieben und zu ziehen, der dem Planeten half, sich zu entwickeln und seine Kontinente zu den heutigen zu formen. Einige Forscher vermuten, dass dies vor etwa vier Milliarden Jahren geschehen ist, während andere glauben, dass es näher an einer Milliarde lag.

Ein von Harvard-Forschern geleitetes Forschungsteam suchte nach Hinweisen in alten Gesteinen (älter als 3 Milliarden Jahre) aus Australien und Südafrika und stellte fest, dass sich diese Platten vor mindestens 3,2 Milliarden Jahren auf der frühen Erde bewegten. In einem Teil des Pilbra-Kratons in Westaustralien, einem der ältesten Teile der Erdkruste, fanden Wissenschaftler eine Breitenverschiebung von etwa 2,5 Zentimetern pro Jahr und datierten die Bewegung auf 3,2 Milliarden Jahre.

Die Forscher glauben, dass diese Verschiebung der früheste Beweis dafür ist, dass eine moderne Plattenbewegung vor zwei bis vier Milliarden Jahren stattgefunden hat. Es trägt zur wachsenden Forschung bei, dass tektonische Bewegungen auf der frühen Erde stattfanden. Die Ergebnisse werden in veröffentlicht Fortschritte in der Wissenschaft.

“Im Grunde ist dies ein geologischer Beweis, um die Aufzeichnung der Plattentektonik auf der Erde weiter zurück in die Erdgeschichte zu erweitern”, sagte Alec Brenner, einer der Hauptautoren des Papiers und Mitglied des Harvard Paleomagnetics Lab. “Basierend auf den gefundenen Beweisen sieht es so aus, als ob Plattentektonik ein viel wahrscheinlicherer Prozess auf der frühen Erde ist, und das spricht für eine Erde, die der heutigen viel ähnlicher ist, als viele Leute denken.”

Geologische Karte von Pilbara Craton

Eine geologische Karte des Pilbara Craton in Westaustralien. Die hier freigelegten Felsen reichen von 2,5 bis 3,5 Milliarden Jahren und bieten ein einzigartig gut erhaltenes Fenster in die tiefe Vergangenheit der Erde. Die Autoren der Studie verbrachten zwei Feldsaisonen in den Pilbara-Probenahme-Laven (in Grüntönen dargestellt), die vor 3,2 Milliarden Jahren datiert wurden. Für den Maßstab ist das Bild etwa 500 Kilometer breit und deckt ungefähr das gleiche Gebiet ab wie der Bundesstaat Pennsylvania. Bildnachweis: Alec Brenner, Harvard University. Kartendaten aus dem Geological Survey of Western Australia.

Die Plattentektonik ist der Schlüssel zur Entwicklung des Lebens und zur Entwicklung des Planeten. Heute besteht die äußere Hülle der Erde aus etwa 15 starren Krustenblöcken. Auf ihnen sitzen die Kontinente und Ozeane des Planeten. Die Bewegung dieser Platten prägte die Lage der Kontinente. Es half dabei, neue zu bilden, und es schuf einzigartige Landformen wie Gebirgszüge. Es setzte auch neue Gesteine ​​der Atmosphäre aus, was zu chemischen Reaktionen führte, die die Oberflächentemperatur der Erde über Milliarden von Jahren stabilisierten. Ein stabiles Klima ist entscheidend für die Entwicklung des Lebens.

Als die ersten Verschiebungen stattfanden, war dies lange Zeit ein Thema erheblicher geologischer Debatten. Alle Informationen, die Licht ins Dunkel bringen, sind wertvoll. Die am Tag der Erde veröffentlichte Studie hilft dabei, einige Lücken zu schließen. Es deutet auch lose auf die frühesten Lebensformen hin, die sich in einer gemäßigten Umgebung entwickelt haben.

“Wir versuchen, die geophysikalischen Prinzipien zu verstehen, die die Erde antreiben”, sagte Roger Fu, einer der Hauptautoren des Papiers und Assistenzprofessor für Erd- und Planetenwissenschaften an der Fakultät für Künste und Wissenschaften. “Die Plattentektonik zyklisiert Elemente, die für das Leben notwendig sind, in die Erde hinein und aus ihr heraus.”

Die Plattentektonik hilft Planetenforschern, auch Welten jenseits dieser Welt zu verstehen.

“Derzeit ist die Erde der einzige bekannte Planetenkörper, der eine solide Plattentektonik jeglicher Art etabliert hat”, sagte Brenner, ein Doktorand im dritten Jahr an der Graduate School of Arts and Sciences. „Wir müssen wirklich nach Planeten in anderen Sonnensystemen suchen, um die gesamte Reihe von Prozessen zu verstehen, die zur Plattentektonik auf der Erde geführt haben, und welche treibenden Kräfte aufgetreten sind, um sie auszulösen. Das würde uns hoffentlich ein Gefühl dafür geben, wie einfach es für die Plattentektonik ist, auf anderen Welten zu geschehen, insbesondere angesichts all der Zusammenhänge zwischen Plattentektonik, der Entwicklung des Lebens und der Stabilisierung des Klimas. “

Für die Studie reisten Mitglieder des Projekts nach Pilbara Craton in Westaustralien. Ein Kraton ist ein ursprüngliches, dickes und sehr stabiles Stück Kruste. Sie befinden sich normalerweise in der Mitte tektonischer Platten und sind die alten Herzen der Erdkontinente.

Dies macht sie zum natürlichen Ort, um die frühe Erde zu studieren. Der Pilbara Craton erstreckt sich über einen Durchmesser von etwa 300 Meilen und erstreckt sich ungefähr über das gleiche Gebiet wie der Bundesstaat Pennsylvania. Dort bildeten sich bereits vor 3,5 Milliarden Jahren Felsen.

Im Jahr 2017 nahmen Fu und Brenner Proben aus einer Portion namens Honeyeater Basalt. Sie bohrten dort in die Felsen und sammelten etwa einen Zentimeter breite Kernproben.

Sie brachten die Proben zurück zu Fus Labor in Cambridge, wo sie die Proben in Magnetometer und Entmagnetisierungsgeräte steckten. Diese Instrumente erzählten ihnen die magnetische Geschichte des Felsens. Das älteste und stabilste Stück dieser Geschichte ist hoffentlich die Entstehung des Felsens. In diesem Fall war es vor 3,2 Milliarden Jahren.

Das Team verwendete dann ihre Daten und Daten von anderen Forschern, die Gesteine ​​in nahe gelegenen Gebieten entmagnetisiert haben, bis heute, als sich die Gesteine ​​von einem Punkt zum anderen bewegten. Sie fanden eine Abweichung von 2,5 Zentimetern pro Jahr.

Die Arbeiten von Fu und Brenner unterscheiden sich von den meisten Studien, da sich die Wissenschaftler auf die Messung der Position der Gesteine ​​im Zeitverlauf konzentrierten, während sich andere Arbeiten eher auf chemische Strukturen in den Gesteinen konzentrierten, die auf eine tektonische Bewegung hindeuten.

Die Forscher verwendeten das neuartige Quantendiamantmikroskop, um ihre Ergebnisse vor 3,2 Milliarden Jahren zu bestätigen. Das Mikroskop bildet die Magnetfelder und Partikel einer Probe ab. Es wurde in Zusammenarbeit zwischen Forschern in Harvard und entwickelt MIT.

In der Arbeit weisen die Forscher darauf hin, dass sie ein Phänomen namens “True Polar Wander” nicht ausschließen konnten. Es kann auch dazu führen, dass sich die Erdoberfläche verschiebt. Ihre Ergebnisse tendieren aufgrund des Zeitintervalls dieser geologischen Bewegung eher zur plattentektonischen Bewegung.

Fu und Brenner planen, in zukünftigen Experimenten weiterhin Daten aus dem Pilbara-Kraton und anderen Proben aus der ganzen Welt zu analysieren. Die Liebe zur Natur treibt beide an, ebenso wie das akademische Bedürfnis, die Planetengeschichte der Erde zu verstehen.

“Dies ist Teil unseres Erbes”, sagte Brenner.

Referenz: 22. April 2020, Fortschritte in der Wissenschaft.
DOI: 10.1126 / sciadv.aaz8670

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