يقترح العلماء نظرية جديدة لتكوين القارات

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 ظهور كتل أرضية مستقرة. وهذا يتحدى وجهات النظر التقليدية وله آثار على فهم تطور الكواكب والظروف المؤدية إلى الحياة.

لقد أدت الامتدادات القديمة والواسعة من القشرة القارية المعروفة باسم الكراتونات إلى استقرار قارات الأرض لمليارات السنين من خلال التحولات في الكتل الأرضية وتكوين الجبال وتطور المحيطات. اقترح علماء من 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 ككتلة أرضية مستقرة، السمة المميزة لها هي القشرة العليا الغنية 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 مكن القشرة من البقاء على قيد الحياة لمليارات السنين دون أن يتم تدميرها أو إعادة ضبطها.

وقال العلماء إن النتائج قد 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: “لصنع كوكب مثل الأرض، تحتاج إلى صنع قشرة قارية، وتحتاج إلى تثبيت تلك القشرة”. “لقد اعتقد العلماء أن هذه هي نفس الشيء – أصبحت القارات مستقرة ثم ظهرت فوق مستوى سطح البحر. لكن ما نقوله هو أن تلك العمليات منفصلة.

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 عبر الزمن الجيولوجي.

قد يكون للتجوية في النهاية تركيز العناصر المنتجة للحرارة مثل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم في القشرة الضحلة، مما يسمح للقشرة العميقة بالتبريد والتصلب. وقال العلماء إن هذه الآلية خلقت طبقة سميكة وصلبة من الصخور ربما تكون قد حمت قيعان القارات من التشوه لاحقًا، وهي سمة مميزة للكراتونات.

العمليات الجيولوجية وإنتاج الحرارة

وقال أندرو سمي، الأستاذ المساعد في علوم الأرض في ولاية بنسلفانيا ومؤلف الدراسة: “إن وصفة صنع القشرة القارية وتثبيتها تتضمن تركيز هذه العناصر المنتجة للحرارة – والتي يمكن اعتبارها محركات حرارية صغيرة – بالقرب من السطح”. يذاكر. “عليك أن تفعل ذلك لأنه في كل مرة ذرة يتحلل اليورانيوم أو الثوريوم أو البوتاسيوم، ويطلق حرارة يمكن أن تزيد من درجة حرارة القشرة الأرضية. القشرة الساخنة غير مستقرة، فهي عرضة للتشوه ولن تبقى في مكانها.

عندما أدت الرياح والأمطار والتفاعلات الكيميائية إلى تفتيت الصخور في القارات المبكرة، انجرفت الرواسب والمعادن الطينية إلى الجداول والأنهار وحملت إلى البحر حيث خلقت رواسب رسوبية مثل الصخر الزيتي التي كانت تحتوي على تركيزات عالية من اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم. قال 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 الصادرة عن الصخر الزيتي إلى ذوبان القشرة السفلية. وكانت المواد المنصهرة تطفو وتصعد عائدة إلى القشرة العليا، محاصرة العناصر المنتجة للحرارة هناك في الصخور مثل الجرانيت، وتسمح للقشرة السفلية بالتبريد والتصلب.

يُعتقد أن الكراتونات قد تشكلت قبل ما بين 3 إلى 2.5 مليار سنة، وهو الوقت الذي كانت فيه العناصر المشعة مثل اليورانيوم تتحلل بمعدل أسرع بنحو الضعف، وتطلق حرارة تعادل ضعف ما هي عليه اليوم.

وقال ريمينك إن العمل يسلط الضوء على أن الوقت الذي تشكلت فيه الكراتونات في أوائل الأرض الوسطى كان مناسبًا بشكل فريد للعمليات التي ربما أدت إلى استقرارها.

وقال ريمينك: “يمكننا أن نفكر في هذا باعتباره مسألة تطور كوكبي”. “قد يكون ظهور القارات في وقت مبكر نسبيًا من عمرها أحد المكونات الأساسية التي تحتاجها لإنشاء كوكب مثل الأرض. لأنك ستنشئ رواسب مشعة شديدة الحرارة وتنتج منطقة مستقرة حقًا من القشرة القارية التي تعيش بالقرب من مستوى سطح البحر، وهي بيئة رائعة لنشر الحياة.

وقام الباحثون بتحليل تركيزات اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم من مئات العينات من الصخور من العصر الأركي، عندما تشكلت الكراتونات، لتقييم إنتاجية الحرارة الإشعاعية بناءً على التركيبات الصخرية الفعلية. لقد استخدموا هذه القيم لإنشاء نماذج حرارية لتكوين الكراتون.

وقال سماي: “في السابق، نظر الناس ونظروا في آثار تغيير إنتاج الحرارة الإشعاعية عبر الزمن”. “لكن دراستنا تربط إنتاج الحرارة القائم على الصخور بنشوء القارات، وتوليد الرواسب، وتمايز القشرة القارية”.

تحتوي الكراتونات، التي توجد عادة في المناطق الداخلية من القارات، على بعض أقدم الصخور على وجه الأرض، ولكن لا تزال دراستها صعبة. وفي المناطق النشطة تكتونيا، قد يؤدي تكوين الحزام الجبلي إلى ظهور الصخور التي كانت مدفونة في أعماق الأرض إلى السطح.

لكن أصول الكراتونات تظل عميقة تحت الأرض ولا يمكن الوصول إليها. وقال العلماء إن العمل المستقبلي سيتضمن أخذ عينات من الأجزاء الداخلية القديمة للكراتونات، وربما حفر عينات أساسية 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 هذا الأرشيف، فيمكننا اختبار توقعات نموذجنا لمسار 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

قدمت ولاية بنسلفانيا ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية التمويل لهذا العمل.