تاريخ ظهور الزركون القديم للصفائح التكتونية قبل 3.6 مليار سنة – حدث حاسم لجعل الأرض مضيافة للحياة

درس فريق البحث الزركون ، وتم تصويره باستخدام التلألؤ الكاثوليكي ، وهي تقنية سمحت للفريق بتصور الأجزاء الداخلية للبلورات باستخدام مجهر إلكتروني مسح متخصص. الدوائر المظلمة على الزركون هي التجاويف التي خلفها الليزر المستخدم لتحليل عمر وكيمياء الزركون. يقدم العلماء بقيادة مايكل أكرسون ، عالم الجيولوجيا البحثية في المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي التابع لمؤسسة سميثسونيان ، أدلة جديدة على أن الصفائح التكتونية الحديثة ، وهي سمة مميزة للأرض وقدرتها الفريدة على دعم الحياة ، ظهرت منذ ما يقرب من 3.6 مليار سنة. الدراسة ، التي نُشرت في 14 مايو في مجلة Geochemical Perspective Letters ، تستخدم الزركون ، أقدم المعادن التي تم العثور عليها على الأرض ، للنظر في الماضي القديم للكوكب. اختبر الفريق أكثر من 3500 زركون ، كل منها بعرض بضع شعرة بشرية ، عن طريق تفجيرها بالليزر ثم قياس تركيبها الكيميائي بمقياس طيف الكتلة. كشفت هذه الاختبارات عن العمر والكيمياء الأساسية لكل زركون. من بين الآلاف الذين تم اختبارهم ، كان حوالي 200 صالحًا للدراسة بسبب الخراب الذي دام مليارات السنين التي تحملتها هذه المعادن منذ إنشائها. الائتمان: مايكل أكرسون ، سميثسونيان

تاريخ أقدم المعادن على الأرض هو بداية تكتونية الصفائح منذ 3.6 مليار سنة

الزركون القديم من تلال جاك في غرب أستراليا شحذ تاريخ حدث كان حاسمًا لجعل الكوكب مضيافًا للحياة.

يقدم العلماء بقيادة مايكل أكرسون ، عالم الجيولوجيا البحثية في المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي التابع لمؤسسة سميثسونيان ، أدلة جديدة على أن الصفائح التكتونية الحديثة ، وهي سمة مميزة للأرض وقدرتها الفريدة على دعم الحياة ، ظهرت منذ ما يقرب من 3.6 مليار سنة.

الأرض هي الكوكب الوحيد المعروف باستضافته لحياة معقدة وتعتمد هذه القدرة جزئيًا على ميزة أخرى تجعل الكوكب فريدًا: الصفائح التكتونية. لا توجد أجسام كوكبية أخرى معروفة للعلم بها قشرة الأرض الديناميكية ، والتي تنقسم إلى ألواح قارية تتحرك وتتشقق وتتصادم مع بعضها البعض على مدى دهور. توفر الصفائح التكتونية صلة بين المفاعل الكيميائي لباطن الأرض وسطحها الذي صمم الكوكب الصالح للسكن الذي يتمتع به الناس اليوم ، من الأكسجين في الغلاف الجوي إلى تركيزات ثاني أكسيد الكربون المنظم للمناخ. لكن متى وكيف بدأت الصفائح التكتونية ظلت غامضة ، مدفونة تحت بلايين السنين من الزمن الجيولوجي.

نشرت الدراسة في 14 مايو 2021 في المجلة رسائل المنظورات الجيوكيميائية، يستخدم الزركون ، أقدم المعادن الموجودة على الأرض ، للنظر في الماضي القديم للكوكب.

تم أخذ عينات من جاك هيلز في غرب أستراليا ، حيث تم أخذ عينات الزركون التي تمت دراستها من 15 صخرة بحجم الجريب فروت تم جمعها بواسطة فريق البحث. يقدم العلماء بقيادة مايكل أكرسون ، عالم الجيولوجيا البحثية في المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي التابع لمؤسسة سميثسونيان ، أدلة جديدة على أن الصفائح التكتونية الحديثة ، وهي سمة مميزة للأرض وقدرتها الفريدة على دعم الحياة ، ظهرت منذ ما يقرب من 3.6 مليار سنة. الدراسة ، التي نُشرت في 14 مايو في مجلة Geochemical Perspective Letters ، تستخدم الزركون ، أقدم المعادن التي تم العثور عليها على الأرض ، للنظر في الماضي القديم للكوكب. الائتمان: داستن تريل ، جامعة روتشستر

أقدم الزركون في الدراسة ، والذي جاء من Jack Hills في غرب أستراليا ، كان عمره حوالي 4.3 مليار سنة – مما يعني أن هذه المعادن غير القابلة للتدمير تقريبًا تكونت عندما كانت الأرض نفسها في مهدها ، فقط حوالي 200 مليون سنة. جنبا إلى جنب مع الزركون القديمة الأخرى التي تم جمعها من جاك هيلز التي تمتد عبر أقدم تاريخ للأرض حتى 3 مليارات سنة ، توفر هذه المعادن أقرب شيء لدى الباحثين لسجل كيميائي مستمر للعالم الناشئ.

قال أكرسون: “نحن نعيد بناء الكيفية التي تغيرت بها الأرض من كرة منصهرة من الصخور والمعدن إلى ما لدينا اليوم”. “لا أحد من الكواكب الأخرى له قارات أو محيطات سائلة أو حياة. بطريقة ما ، نحاول الإجابة على سؤال لماذا الأرض فريدة من نوعها ، ويمكننا الإجابة على ذلك إلى حد ما باستخدام هذه الزركون “.

لإلقاء نظرة على ماضي الأرض بمليارات السنين ، جمع أكرسون وفريق البحث 15 صخرة بحجم الجريب فروت من جاك هيلز واختزلوها إلى أصغر الأجزاء المكونة لها – المعادن – عن طريق طحنها في الرمال باستخدام آلة تسمى سنجاب. لحسن الحظ ، الزركون كثيف جدًا ، مما يجعل فصله نسبيًا عن بقية الرمال باستخدام تقنية مشابهة لغسل الذهب.

قطعة رقيقة مصقولة من الصخور تم جمعها من جاك هيلز في غرب أستراليا. باستخدام مجهر خاص مجهز بعدسة مستقطبة ، تمكن فريق البحث من فحص الهيكل الداخلي المعقد للكوارتز الذي يتكون من الصخور ، بما في ذلك الميزات الفريدة التي سمحت لهم بالتعرف على الزركون القديم (معدن أرجواني في وسط الخط الأحمر. الصورة الداخلية في الصورة الصحيحة). يقدم العلماء بقيادة مايكل أكرسون ، عالم الجيولوجيا البحثية في المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي التابع لمؤسسة سميثسونيان ، أدلة جديدة على أن الصفائح التكتونية الحديثة ، وهي سمة مميزة للأرض وقدرتها الفريدة على دعم الحياة ، ظهرت منذ ما يقرب من 3.6 مليار سنة. الدراسة ، التي نُشرت في 14 مايو في مجلة Geochemical Perspective Letters ، تستخدم الزركون ، أقدم المعادن التي تم العثور عليها على الأرض ، للنظر في الماضي القديم للكوكب. لإلقاء نظرة على ماضي الأرض بمليارات السنين ، جمع أكرسون وفريق البحث 15 صخرة بحجم الجريب فروت من جاك هيلز واختزلوها إلى أصغر الأجزاء المكونة لها – المعادن – عن طريق طحنها في الرمال باستخدام آلة تسمى سنجاب. لحسن الحظ ، الزركون كثيف جدًا ، مما يجعل فصله نسبيًا عن بقية الرمال باستخدام تقنية مشابهة لغسل الذهب. الائتمان: مايكل أكرسون ، سميثسونيان

اختبر الفريق أكثر من 3500 زركون ، كل منها بعرض بضع شعرة بشرية ، عن طريق تفجيرها بالليزر ثم قياس تركيبها الكيميائي بمقياس طيف الكتلة. كشفت هذه الاختبارات عن العمر والكيمياء الأساسية لكل زركون. من بين الآلاف الذين تم اختبارهم ، كان حوالي 200 صالحًا للدراسة بسبب الخراب الذي دام مليارات السنين التي تحملتها هذه المعادن منذ إنشائها.

قال أكرسون: “كشف الأسرار الموجودة في هذه المعادن ليس بالمهمة السهلة”. “قمنا بتحليل الآلاف من هذه البلورات للتوصل إلى عدد قليل من نقاط البيانات المفيدة ، ولكن كل عينة لديها القدرة على إخبارنا بشيء جديد تمامًا وإعادة تشكيل كيفية فهمنا لأصول كوكبنا.”

يمكن تحديد عمر الزركون بدرجة عالية من الدقة لأن كل واحد يحتوي على اليورانيوم. تسمح الطبيعة المشعة لليورانيوم المشهورة ومعدل التحلل الكمي جيدًا للعلماء بعكس هندسة مدة وجود المعدن.

كان محتوى الألمنيوم في كل زركون محل اهتمام فريق البحث أيضًا. تُظهر الاختبارات على الزركون الحديث أنه لا يمكن إنتاج الزركون عالي الألمنيوم إلا بعدد محدود من الطرق ، مما يسمح للباحثين باستخدام وجود الألمنيوم لاستنتاج ما كان يحدث ، من الناحية الجيولوجية ، في وقت تشكل الزركون.

بعد تحليل نتائج مئات من الزركون المفيدة من بين الآلاف التي تم اختبارها ، قام أكرسون وزملاؤه بفك شفرة زيادة ملحوظة في تركيزات الألمنيوم منذ حوالي 3.6 مليار سنة.

قال أكرسون: “من المحتمل أن يمثل هذا التحول التركيبي بداية تكتونية الصفائح على الطراز الحديث ويمكن أن يشير إلى ظهور الحياة على الأرض”. “لكننا سنحتاج إلى إجراء المزيد من الأبحاث لتحديد روابط هذا التحول الجيولوجي بأصول الحياة.”

إن خط الاستدلال الذي يربط الزركون عالي الألمنيوم ببداية القشرة الديناميكية مع الصفائح التكتونية يسير على هذا النحو: إحدى الطرق القليلة لتشكيل الزركون عالي الألمنيوم هي إذابة الصخور على عمق أكبر تحت سطح الأرض.

قال أكرسون: “من الصعب حقًا تحويل الألومنيوم إلى الزركون بسبب روابطها الكيميائية”. “أنت بحاجة إلى ظروف جيولوجية قاسية جدًا.”

يوضح أكرسون أن هذه الإشارة على ذوبان الصخور بشكل أعمق تحت سطح الأرض تعني أن قشرة الكوكب كانت تزداد سماكة وبدأت في البرودة ، وأن سماكة قشرة الأرض هذه كانت علامة على أن الانتقال إلى الصفائح التكتونية الحديثة كان جاريًا.

تشير الأبحاث السابقة التي أجريت على Acasta Gneiss البالغ من العمر 4 مليارات عام في شمال كندا إلى أن قشرة الأرض كانت تتكاثف وتسبب في ذوبان الصخور بشكل أعمق داخل الكوكب.

قال أكرسون: “تمنحنا نتائج Acasta Gneiss مزيدًا من الثقة في تفسيرنا لزركون Jack Hills”. “اليوم هذه المواقع مفصولة بآلاف الأميال ، لكنها تخبرنا بقصة متسقة إلى حد كبير ، وهي أنه منذ حوالي 3.6 مليار سنة كان هناك شيء مهم عالميًا كان يحدث.”

هذا العمل هو جزء من مبادرة المتحف الجديدة المسماة Our Unique Planet ، وهي شراكة بين القطاعين العام والخاص ، والتي تدعم البحث في بعض الأسئلة الأكثر ديمومة والأهمية حول ما يجعل الأرض مميزة. ستبحث أبحاث أخرى في مصدر المحيطات السائلة للأرض وكيف يمكن أن تكون المعادن قد ساعدت في إشعال الحياة.

قال أكرسون إنه يأمل في متابعة هذه النتائج من خلال البحث في زركون جاك هيلز القديم عن آثار الحياة ومن خلال النظر إلى التكوينات الصخرية القديمة للغاية لمعرفة ما إذا كانت تظهر أيضًا علامات على سماكة قشرة الأرض منذ حوالي 3.6 مليار سنة.

المرجع: “ظهور الصهارة القشرية peraluminous وآثارها على الأرض المبكرة” بقلم MR Ackerson ، D. Trail and J. Buettner ، 14 مايو 2021 ، رسائل المنظورات الجيوكيميائية.
DOI: 10.7185 / geochemlet.2114

تم توفير التمويل والدعم لهذا البحث من قبل مؤسسة سميثسونيان والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا).