Новое исследование в конечном счете ставит больше вопросов, чем дает ответов.
Ученые исключили одно возможное происхождение континентов Земли.
Несмотря на важность континентов Земли, огромных кусков земной коры, разделяющих ее океаны, очень мало известно о том, что породило эти большие массивы суши, которые делают нашу планету уникальной в Солнечной системе и играют ключевую роль в том, что на ней есть жизнь.
В течение многих лет ученые предполагали, что кристаллизация граната в магме под вулканами была ответственна за удаление железа из земной коры, позволяя коре оставаться на плаву в морях планеты. Теперь новое исследование ставит под сомнение эту теорию, заставляя геологов и планетологов переосмыслить, как это железо могло быть удалено из материала, который впоследствии сформировал континенты, которые мы видим сегодня на Земле.
Земная кора, внешняя оболочка планеты, условно делится на две категории: старая, более толстая континентальная кора; и более молодая, более плотная океаническая кора. Новая континентальная кора формируется, когда ее строительные блоки передаются на поверхность Земли из континентальных дуговых вулканов. Они находятся в тех частях земного шара, где океанические плиты погружаются под континентальные плиты, в регионах, называемых зонами субдукции.
Отличие сухих континентальных корок от океанических глубоководных корок заключается в отсутствии железа в континентальной коре. Это означает, что континентальные коры обладают плавучестью и поднимаются над уровнем моря, образуя сухие массивы суши, которые делают возможной наземную жизнь.
Было высказано предположение, что низкий уровень железа в континентальной коре является результатом кристаллизации граната в магмах под этими континентальными дуговыми вулканами. Этот процесс удаляет неокисленное железо с земных плит, а также истощает железо из расплавленной магмы, оставляя его более окисленным по мере формирования континентальной коры.
Группа исследователей во главе с ассистентом профессора Корнельского университета Меган Холикросс и геологом Смитсоновского национального музея естественной истории Элизабет Коттрелл улучшила понимание континентов, приступив к проверке и, в конечном итоге, устранив эту гипотезу, впервые сформулированную в 2018 году.
«Чтобы сделать гранат стабильным, нужно высокое давление, и вы найдете эту магму с низким содержанием железа в местах, где кора не такая толстая, и поэтому давление не очень высокое», — сказал Коттрелл в релизе (opens in new tab). , добавив, что команда скептически относится к кристаллизации граната как к объяснению плавучести континентальной коры.
Создание интенсивных условий недр Земли в лаборатории
Чтобы проверить теорию граната, команда воссоздала огромное давление и тепло, обнаруженные под континентальными дуговыми вулканами, с помощью прессов с поршневым цилиндром, расположенных в Лаборатории высокого давления Смитсоновского музея (opens in new tab) и в Корнельском университете. Эти поршни размером с мини-холодильник, состоящие из стали и карбида вольфрама, могут оказывать огромное давление на крошечные образцы породы, одновременно нагревая их в окружающей цилиндрической печи.
Создаваемое давление было в 15 000–30 000 раз выше, чем создаваемое земной атмосферой, а генерируемая температура составляла от 1740 до 2250 градусов по Фаренгейту (от 950 до 1230 градусов по Цельсию), достаточно высокая, чтобы расплавить горную породу.
В серии из 13 различных лабораторных испытаний, проведенных командой, Коттрелл и Холикросс вырастили образцы граната из расплавленной породы под давлением и температурой, имитирующими условия внутри магматических камер глубоко в земной коре.
Эти выращенные в лаборатории гранаты были проанализированы с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии, которая может выявить состав объектов в зависимости от того, как они поглощают рентгеновские лучи. Результаты сравнивались с гранатами с известным содержанием окисленного и неокисленного железа.
Это показало, что гранаты, выращенные из горных пород в условиях, напоминающих недра Земли, не поглощали достаточное количество неокисленного железа, чтобы объяснить уровни истощения и окисления железа, наблюдаемые в магмах, формирующих континентальную кору.
«Эти результаты делают модель кристаллизации граната крайне маловероятным объяснением того, почему магмы из континентальных дуговых вулканов окисляются и обедняются железом», — сказал Коттрелл. «Более вероятно, что условия в мантии Земли под континентальной корой создают эти окисленные условия».
Геолог добавил, что результаты команды в настоящее время не могут дать альтернативную гипотезу, объясняющую образование континентальной коры, а это означает, что результаты в конечном итоге ставят больше вопросов, чем дают ответов.
"Что делает окисление или истощение железа?" — спросил Коттрелл. «Если это не кристаллизация граната в коре, а что-то о том, как магмы поступают из мантии, то что же происходит в мантии? Как изменился их состав?»
На эти вопросы трудно ответить, но Коттрелл в настоящее время является наставником исследователей в Смитсоновском институте, которые исследуют идею о том, что окисление серы вызывает окисление железа под поверхностью Земли.
No comments:
Post a Comment