Die Studie bietet einen neuen, schärferen Beweis für die frühe Plattentektonik und das Umklappen geomagnetischer Pole

Neue Forschungsergebnisse, die Stücke der ältesten Gesteine ​​auf dem Planeten analysieren, liefern einige der bisher schärfsten Beweise dafür, dass die Erdkruste vor mindestens 3,25 Milliarden Jahren auf ähnliche Weise wie die moderne Plattentektonik gedrückt und gezogen wurde. Die Studie liefert auch den frühesten Beweis dafür, wann die magnetischen Nord- und Südpole des Planeten ihre Plätze getauscht haben.

Die beiden Ergebnisse bieten Hinweise darauf, wie solche geologischen Veränderungen zu einer Umgebung geführt haben könnten, die der Entwicklung des Lebens auf dem Planeten förderlicher ist.

Die Arbeit, beschrieben in PNAS und unter der Leitung der Harvard-Geologen Alec Brenner und Roger Fu, konzentrierte sich auf einen Teil des Pilbara-Kratons in Westaustralien, einem der ältesten und stabilsten Teile der Erdkruste. Unter Verwendung neuartiger Techniken und Geräte zeigen die Forscher, dass sich einige der frühesten Oberflächen der Erde alle eine Million Jahre mit einer Geschwindigkeit von 6,1 Zentimetern pro Jahr und 0,55 Grad bewegten.

Diese Geschwindigkeit ist mehr als doppelt so schnell wie die Geschwindigkeit, mit der sich die alte Kruste in einer früheren Studie derselben Forscher bewegte. Sowohl die Geschwindigkeit als auch die Richtung dieser Breitenverschiebung lässt die Plattentektonik als die logischste und stärkste Erklärung dafür zu.

„Es gibt viele Arbeiten, die darauf hinzudeuten scheinen, dass die Plattentektonik zu Beginn der Erdgeschichte nicht der vorherrschende Weg war, wie die interne Wärme des Planeten freigesetzt wird, wie es heute durch die Verschiebung von Platten der Fall ist“, sagte Brenner, ein Ph.D . Kandidat an der Graduate School of Arts and Sciences und Mitglied des Paläomagnetik-Labors von Harvard. „Diese Beweise lassen uns Erklärungen ohne Plattentektonik viel sicherer ausschließen.“

Zum Beispiel können die Forscher jetzt gegen Phänomene argumentieren, die als „wahre Polarwanderung“ und „stagnierende Deckeltektonik“ bezeichnet werden, die beide die Erdoberfläche verschieben können, aber nicht Teil der modernen Plattentektonik sind. Die Ergebnisse neigen eher zu plattentektonischer Bewegung, da die neu entdeckte höhere Geschwindigkeitsrate nicht mit Aspekten der anderen beiden Prozesse übereinstimmt.

In der Abhandlung beschreiben die Wissenschaftler auch die vermutlich ältesten Beweise dafür, wann die Erde ihre geomagnetischen Felder umkehrte, was bedeutet, dass die magnetischen Nord- und Südpole umgedreht wurden. Diese Art von Flip-Flop ist ein häufiges Ereignis in der geologischen Geschichte der Erde, wobei sich der Pol in den letzten 83 Millionen Jahren 183 Mal und in den letzten 160 Millionen Jahren vielleicht mehrere hundert Mal umgedreht hat. laut NASA.

Die Umkehrung sagt viel über das Magnetfeld des Planeten vor 3,2 Milliarden Jahren aus. Der Schlüssel zu diesen Implikationen ist, dass das Magnetfeld wahrscheinlich stabil und stark genug war, um zu verhindern, dass Sonnenwinde die Atmosphäre erodieren. Diese Erkenntnis, kombiniert mit den Ergebnissen zur Plattentektonik, gibt Hinweise auf die Bedingungen, unter denen sich die frühesten Lebensformen entwickelt haben.

„Das zeichnet dieses Bild einer frühen Erde, die geodynamisch schon richtig ausgereift war“, sagt Brenner. „Es gab viele der gleichen Arten von dynamischen Prozessen, die zu einer Erde führen, die wesentlich stabilere Umwelt- und Oberflächenbedingungen aufweist, wodurch es für das Leben einfacher wird, sich zu entwickeln und zu entwickeln.“

Heute besteht die äußere Hülle der Erde aus etwa 15 sich verschiebenden Krustenblöcken oder Platten, die die Kontinente und Ozeane des Planeten halten. Über Äonen drifteten die Platten ineinander und auseinander, bildeten neue Kontinente und Berge und setzten neue Gesteine ​​der Atmosphäre aus, was zu chemischen Reaktionen führte, die die Oberflächentemperatur der Erde über Milliarden von Jahren stabilisierten.

Beweise für den Beginn der Plattentektonik sind schwer zu finden, da die ältesten Krustenstücke in den inneren Mantel geschoben werden, um nie wieder aufzutauchen. Nur 5 Prozent aller Gesteine ​​auf der Erde sind älter als 2,5 Milliarden Jahre, und kein Gestein ist älter als etwa 4 Milliarden Jahre.

Insgesamt trägt die Studie zur wachsenden Forschung bei, dass tektonische Bewegungen relativ früh in der 4,5-Milliarden-jährigen Erdgeschichte auftraten und dass frühe Lebensformen in einer gemäßigteren Umgebung entstanden. Mitglieder des Projekts besuchten 2018 erneut den Pilbara-Kraton, der sich über etwa 300 Meilen erstreckt. Sie bohrten dort in die ursprüngliche und dicke Krustenplatte, um Proben zu sammeln, die zurück in Cambridge auf ihre magnetische Geschichte analysiert wurden.

Unter Verwendung von Magnetometern, Entmagnetisierungsgeräten und dem Quantendiamantmikroskop, das die Magnetfelder einer Probe abbildet und die Art der magnetisierten Partikel genau identifiziert, entwickelten die Forscher eine Reihe neuer Techniken zur Bestimmung des Alters und der Art und Weise, wie die Proben magnetisiert wurden. Auf diese Weise können die Forscher bestimmen, wie, wann und in welche Richtung sich die Kruste verschoben hat, sowie den magnetischen Einfluss, der von den geomagnetischen Polen der Erde ausgeht.

Das Quantum Diamond Microscope wurde in Zusammenarbeit zwischen Harvard-Forschern der Departments of Earth and Planetary Sciences (EPS) und of Physics entwickelt.

Für zukünftige Studien planen Fu und Brenner, sich weiterhin auf den Pilbara-Kraton zu konzentrieren und gleichzeitig darüber hinaus auf andere alte Krusten auf der ganzen Welt zu blicken. Sie hoffen, ältere Beweise für eine moderne Plattenbewegung zu finden, als die magnetischen Pole der Erde umgedreht wurden.

„Endlich in der Lage zu sein, diese sehr alten Gesteine ​​​​zuverlässig zu lesen, eröffnet so viele Möglichkeiten, einen Zeitraum zu beobachten, der oft mehr durch Theorie als durch solide Daten bekannt ist“, sagte Fu, Professor für EPS an der Fakultät für Künste und Wissenschaften. „Letztendlich haben wir eine gute Chance, nicht nur zu rekonstruieren, wann sich tektonische Platten zu bewegen begannen, sondern auch, wie sich ihre Bewegungen – und damit die tiefsitzenden Prozesse im Erdinneren, die sie antreiben – im Laufe der Zeit verändert haben.“