تشير دراسة جديدة أجراها باحثون في ولاية بنسلفانيا إلى أن الكراتونات، وهي الهياكل القديمة التي تعمل على استقرار قارات الأرض، تشكلت منذ حوالي 3 مليارات سنة من خلال العمليات التي بدأت بسبب التجوية الجوية للصخور، وليس فقط من خلال ظهور كتل قارية مستقرة. وهذا يتحدى وجهات النظر التقليدية وله آثار على فهم تطور الكواكب والظروف المناسبة للحياة.
لقد أدت المساحات القديمة والواسعة من القشرة القارية، المعروفة باسم الكراتونات، إلى استقرار قارات الأرض لمليارات السنين من خلال التغيرات في الكتل الأرضية، وتكوين الجبال، وتطور المحيطات. اقترح علماء ولاية بنسلفانيا آلية جديدة يمكن أن تفسر تكوين الكراتونات قبل حوالي 3 مليارات سنة، مما يسلط الضوء على سؤال طويل الأمد في التاريخ الجيولوجي للأرض.
وذكر العلماء في المجلة طبيعة أن القارات ربما لم تظهر من محيطات الأرض ككتل قارية مستقرة، تتميز بقشرة عليا غنية بالجرانيت. وبدلا من ذلك، فإن تعرض الصخور الطازجة للرياح والأمطار منذ حوالي 3 مليارات سنة قد أدى إلى سلسلة من العمليات الجيولوجية التي أدت في نهاية المطاف إلى استقرار القشرة، مما سمح لها بالبقاء على قيد الحياة لمليارات السنين دون تدميرها أو إعادة ضبطها.
وقال العلماء إن النتائج يمكن أن تمثل فهمًا جديدًا لكيفية تطور الكواكب الشبيهة بالأرض التي يحتمل أن تكون صالحة للحياة.
الآثار المترتبة على تطور الكواكب
وقال جيسي ريمينك، الأستاذ المساعد في علوم الأرض في ولاية بنسلفانيا ومؤلف الدراسة: “لإنشاء كوكب مثل الأرض، عليك إنشاء قشرة قارية وتثبيت تلك القشرة”. لقد اعتبر العلماء أن هذا هو الشيء نفسه: أصبحت القارات مستقرة ثم ظهرت فوق مستوى سطح البحر، لكن ما نقوله هو أن هذه العمليات متميزة.
وقال العلماء إن الكراتونات تمتد لأكثر من 150 كيلومترًا، أو 93 ميلًا، من سطح الأرض إلى الوشاح العلوي، حيث تعمل مثل عارضة القارب، وتبقي القارات عائمة عند مستوى سطح البحر أو بالقرب منه طوال الزمن الجيولوجي.
قد يكون للتجوية في النهاية تركيز العناصر المنتجة للحرارة مثل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم في القشرة الضحلة، مما يسمح للقشرة العميقة بالتبريد والتصلب. ويقول العلماء إن هذه الآلية خلقت طبقة من الصخور الصلبة السميكة التي كان من الممكن أن تحمي قاع القارات من المزيد من التشوه، وهي سمة من سمات الكراتونات.
العمليات الجيولوجية وإنتاج الحرارة
وقال أندرو سماي، الأستاذ المساعد في علوم الأرض في ولاية بنسلفانيا ومؤلف هذا العمل: “إن وصفة صنع القشرة القارية وتثبيتها تتضمن تركيز هذه العناصر المنتجة للحرارة – والتي يمكن اعتبارها محركات حرارية صغيرة – بالقرب من السطح”. . يذاكر. “علينا أن نفعل هذا لأنه في كل مرة أ ذرة عندما يتحلل اليورانيوم أو الثوريوم أو البوتاسيوم، فإنه يطلق حرارة يمكن أن تزيد من درجة حرارة القشرة الأرضية. القشرة الساخنة غير مستقرة: فهي تميل إلى التشوه ولا تلتصق.
عندما دمرت الرياح والأمطار والتفاعلات الكيميائية صخور القارات الأولى، انجرفت الرواسب والمعادن الطينية إلى الجداول والأنهار وحملت إلى البحر حيث خلقت رواسب رسوبية مثل الصخر الزيتي الغنية بالمعادن من اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم. يقول العلماء.
هذه الصخور المتحولة القديمة التي تسمى النيس، والتي تم العثور عليها على ساحل القطب الشمالي، تمثل جذور القارات المكشوفة الآن على السطح. وقال العلماء إن الصخور الرسوبية المتداخلة في هذه الأنواع من الصخور ستوفر محركًا حراريًا لتحقيق الاستقرار في القارات. الائتمان: جيسي ريمينك
أدت الاصطدامات بين الصفائح التكتونية إلى دفن هذه الصخور الرسوبية في أعماق القشرة الأرضية حيث أدت الحرارة الإشعاعية المنبعثة من الصخور إلى ذوبان القشرة السفلية. طفت المواد المنصهرة وارتفعت نحو القشرة العليا، محاصرة العناصر المنتجة للحرارة في الصخور مثل الجرانيت، مما يسمح للقشرة السفلية بالتبريد والتصلب.
ويُعتقد أن الكراتونات تشكلت قبل ما بين 3 إلى 2.5 مليار سنة، وهو الوقت الذي كانت فيه العناصر المشعة مثل اليورانيوم تتحلل بمعدل ضعفي تقريبًا وتطلق حرارة مضاعفة عما هي عليه اليوم.
وقال ريمينك إن العمل يسلط الضوء على أن الوقت الذي تشكلت فيه الكراتونات في أوائل الأرض الوسطى كان مناسبًا بشكل خاص للعمليات التي ربما أدت إلى استقرارها.
وقال ريمينك: “يمكننا أن ننظر إلى هذا باعتباره مسألة تطور الكواكب”. “أحد المكونات الأساسية التي تحتاجها لإنشاء كوكب مثل الأرض قد يكون ظهور القارات في وقت مبكر نسبيًا من حياتها. لأنك ستقوم بتكوين رواسب مشعة شديدة الحرارة والتي ستنتج قشرة قارية مستقرة للغاية تعيش حول مستوى سطح البحر مباشرةً وهي بيئة مثالية لانتشار الحياة.
وقام الباحثون بتحليل تركيزات اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم في مئات العينات الصخرية من العصر الأركي، عندما تشكلت الكراتونات، لتقييم الإنتاجية الحرارية الإشعاعية بناءً على التركيبة الفعلية للصخور. واستخدموا هذه القيم لإنشاء نماذج حرارية لتكوين الكراتون.
قال سماي: “في السابق، كان الناس ينظرون ويفكرون في آثار تغيير إنتاج الحرارة الإشعاعية مع مرور الوقت”. “لكن دراستنا تربط إنتاج الحرارة القائم على الصخور بظهور القارات، وتوليد الرواسب، وتمايز القشرة القارية.”
تحتوي الكراتونات، التي توجد عادةً في المناطق الداخلية للقارات، على بعض أقدم صخور الأرض ولكن تظل دراستها صعبة. في المناطق النشطة تكتونيا، يمكن أن يؤدي تكوين حزام جبلي إلى ظهور الصخور على السطح بعد دفنها في أعماق الأرض.
لكن أصول الكراتونات تظل تحت الأرض ولا يمكن الوصول إليها. وقال العلماء إن العمل المستقبلي سيتضمن أخذ عينات من التصميمات الداخلية للكراتون القديمة، وربما حفر النوى لاختبار نموذجهم.
وقال سماي: “هذه الصخور الرسوبية المتحولة التي ذابت وأنتجت الجرانيت الذي يركز اليورانيوم والثوريوم تشبه مسجلات طيران الصندوق الأسود التي تسجل الضغط ودرجة الحرارة”. “وإذا تمكنا من فتح هذه الأرشيفات، فيمكننا اختبار توقعات نموذجنا حول مسار رحلة القشرة القارية.”
المرجع: “التجوية تحت الجوية أدت إلى استقرار القارات” بقلم جيسي ر. ريمينك وأندرو ج. سمي، 8 مايو 2024، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-024-07307-1
قامت ولاية بنسلفانيا ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية بتمويل هذا العمل.
