Egy felfedezés megváltoztatja az ősi Földről alkotott képünket

Újabb vizsgálatok alapján a maihoz hasonló lemeztektonikai folyamatok már 4,2 milliárd évvel ezelőtt is működhettek bolygónkon. Nem csupán lemezek buktak alá az ősi szubdukciós zónákban, de már ekkor is óceánok boríthatták a Föld felszínét. Az új felismerés alapvetően megváltoztathatja a korai Földről kialakult képünket.

Az elmúlt évtizedekben elterjedt, mára klasszikusnak mondható elgondolás alapján a korai Föld egy forró, néhol izzó felszínű égitest volt az első néhány 100 millió évében. Felszínét meteoritok bombázták, vulkánkitörések lávái szabdalták, és eleinte a körülmények nem kedveztek az élet kialakulásának vagy fennmaradásának. A globális lemeztektonika mintegy 3,5 milliárd évvel ezelőtt indult csak el, miután a bolygó felszíne lehűlt és eléggé megszilárdult.

Michelle Hopkins, Mark Harrison (UCLA) és kollégáik a Föld korai állapotát idős cirkonkristályok segítségével vizsgálták. A Nyugat-Ausztráliából származó, régebben 3 milliárd évesnek becsült kristályokat ion-mikroszondás módszerrel elemezték. Az eljárás segítségével jó térbeli felbontással lehet a kristály belső szerkezetét vizsgálni, és a benne lévő kémiai összetevőket egymástól elkülöníteni.

Az apró kristályok mindössze kétszer voltak nagyobbak, mint amilyen vastag egy emberi hajszál. Ennek ellenére sikerült megállapítani, hogy a magma, amelynek hűlésével megszilárdultak, közel 4 milliárd évvel ezelőtt még olvadt állapotban volt. Emellett a kérdéses kőzetolvadék jelentős mennyiségű vizet is tartalmazott - amely nélkül lemeztektonika feltehetőleg nem is működne.

Kiderült továbbá, hogy a kristályok megszilárdulásának helyén és idején a Föld belsejéből kifelé áramló hőmennyiség kisebb volt, mint a bolygónkra kezdetekben feltételezett átlagérték. A jelenlegi modellek alapján az első 500 millió évben 200-300 milliwatt/négyzetméter körüli volt a Föld hőfluxusa, a tanulmányozott kristályok ősi környezetében ellenben 75 körül lehetett ez az érték.

Forrás: Reed Hutchinson/UCLA

A vizsgálatot végző szakemberek: Michelle Hopkins (középen), Mark Harrison (balra) és Craig Manning

A kutatók sokféle geodinamikai környezetet modelleztek, ahol az átlagosnál alacsonyabb hőáram, a magmában pedig magas víztartalom lehetett jellemző. Egyetlen környezetben volt ezek együttes előfordulására reális esély: a szubdukciós zónáknál, ahol a lehűlt, óceánvizet tartalmazó kőzetlemezek a mélybe süllyednek. A szubdukció pedig lemeztektonikát jelent - ennek értelmében már ekkor is működhetett ez a folyamat bolygónkon.

A lemezek mozgása mellett jelentős kémiai átalakulás is várható, valamint az egyes anyagok elkülönülése egymástól, amelynek során a kontinensek kisebb sűrűségű kőzetei izoláltan megjelenhettek a Föld szilárd, külső burkában. A cirkonkristályokban lévő zárványok alapján legalább két eltérő összetételű magma volt egykor a kérdéses környezetben, mindkettő összetétele a mai lemezhatároknál lévő vulkánokat tápláló anyagokra jellemző.

A megvizsgált kristályok 4,2-4,0 milliárd évvel ezelőtt szilárdulhattak meg, eszerint globális lemeztektonika már ekkor is volt. Egyelőre nehéz lenne megbecsülni, hogy ez az ősi lemeztektonika mennyiben különbözhetett a maitól.

A Japán-árok (a középen jobbra felfelé haladó sötétkék sáv) és környezete, ahol a Csendes-óceáni lemez a mélybe bukik. A lemezhatárokat vékony fehér vonal jelzi (NASA Visible Earth)

A korai lemeztektonika lehetősége sok egyéb területet érinthet az ősi Földdel kapcsolatban. Egyrészt az élet kialakulását is befolyásolhatta, mivel a lemeztektonika által erősödik a globális anyagkörforgás, és változatosabb, egymástól eltérő vulkáni környezetek születnek. Kontinensek is létezhettek, amelyek tovább fokozták az ősi Föld felszínének változatosságát. Elképzelhetőnek tűnik, hogy az óceánok is korábban jelentek meg, és ezekkel együtt az élet kialakulása szempontjából kedvező alacsony hőmérsékletű, nedves környezet is.

Hasonlóan korai lemeztektonika nyomai a Marson is megfigyelhetők, de ott még bizonytalanabbak a korbecslések. Összefoglalva elmondhatjuk, hogy az új kutatások alapján valószínűnek látszik: közel 4,3 milliárd évvel ezelőtt már lemeztektonika és vízzel teli óceánok is voltak bolygónkon. Ha a további mérések is igazolják a fentieket, meg kell változtatnunk az ősi Földről kialakult képünket.