Ein Forscherteam hat Fortschritte beim Verständnis der Entstehung von massivartigen Anorthositen erzielt, rätselhaften Gesteinen, die erst in der mittleren Erdgeschichte entstanden. Diese an Plagioklas reichen magmatischen Gesteinsformationen, die Flächen von bis zu 42.000 Quadratkilometern bedecken und Titanerzvorkommen enthalten können, haben Wissenschaftlern jahrzehntelang Rätsel aufgegeben, da es widersprüchliche Theorien über ihre Entstehung gab.
Eine neue Studie veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritte am 14. August beleuchtet die komplexen Zusammenhänge zwischen der Entwicklung des Erdmantels und der Erdkruste und den tektonischen Kräften, die den Planeten im Laufe seiner Geschichte geformt haben. Es bietet auch neue Möglichkeiten, zu erforschen, wann die Plattentektonik begann, wie die Subduktionsdynamik vor Milliarden von Jahren funktionierte und wie sich die Erdkruste entwickelte.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Duncan Keller und Cin-Ty Lee von Rice untersuchte massivartige Anorthosite, um Annahmen über die Magmen zu überprüfen, die sie gebildet haben. Die Forschung konzentrierte sich auf die Anorthosite Marcy und Morin, klassische Beispiele aus dem Grenville-Orogen in Nordamerika, die etwa 1,1 Milliarden Jahre alt sind.
Durch die Analyse der Isotope von Bor, Sauerstoff, Neodym und Strontium in den Gesteinen sowie durch petrogenetische Modellierung entdeckten die Forscher, dass die Magmen, aus denen diese Anorthosite entstanden, reich an Schmelzen waren, die aus ozeanischer Kruste stammten, die bei niedrigen Temperaturen durch Meerwasser verändert wurde. Sie fanden auch Isotopensignaturen, die mit anderen Gesteinen aus Subduktionszonen wie abyssalem Serpentinit übereinstimmten.
„Unsere Forschung deutet darauf hin, dass diese riesigen Anorthosite wahrscheinlich durch das umfangreiche Schmelzen subduzierter ozeanischer Kruste unter konvergierenden Kontinentalrändern entstanden sind“, sagte Keller, Postdoktorand für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften bei Clever Planets und Hauptautor der Studie. „Da der Erdmantel in der Vergangenheit heißer war, verbindet dieser Prozess die Bildung massivartiger Anorthosite direkt mit der thermischen und tektonischen Entwicklung der Erde.“
Die Studie, die klassische Methoden mit der neuartigen Anwendung der Bor-Isotopenanalyse auf massivartige Anorthosite kombiniert, legt nahe, dass diese Gesteine während einer sehr heißen Subduktion entstanden, die vor Milliarden von Jahren weit verbreitet gewesen sein könnte.
Da sich auf der Erde heute keine massivartigen Anorthosite bilden, eröffnen die neuen Erkenntnisse, die diese Gesteine mit einer sehr heißen Subduktion auf der frühen Erde in Verbindung bringen, neue interdisziplinäre Ansätze zum Verständnis der Art und Weise, wie diese Gesteine die physikalische Evolution unseres Planeten dokumentieren.
„Diese Forschung erweitert unser Verständnis alter Felsformationen und wirft Licht auf die umfassenderen Auswirkungen auf die tektonische und thermische Geschichte der Erde“, sagte Lee, Harry Carothers Wiess-Professor für Geologie, Professor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften und Co-Autor der Studie.
Zu den weiteren Co-Autoren der Studie gehören William Peck vom Department of Earth and Environmental Geosciences der Colgate University, Brian Monteleone vom Department of Geology and Geophysics der Woods Hole Oceanographic Institution, Céline Martin vom Department of Earth and Planetary Sciences des American Museum of Natural History, Jeffrey Vervoort von der School of the Environment der Washington State University sowie Louise Bolge vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University.
Weitere Informationen:
Duncan S. Keller et al., Beiträge mafischer Plattenschmelzen zu Anorthositen des Proterozoikums, Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn3976