Neue Forschungsergebnisse widersprechen etablierten Theorien über die Entwicklung der Erdkruste

Eine Studie der Penn State University ergab, dass die Erdkruste über Milliarden von Jahren hinweg einen langsamen Reformierungsprozess fortgesetzt hat, im Gegensatz zu der schnellen Verlangsamung ihres Wachstums vor etwa drei Milliarden Jahren. Die Forscher sagten, die neue Entdeckung widerspreche bestehenden Theorien, die auf die schnelle Bildung tektonischer Platten zu einem früheren Zeitpunkt in der Erdgeschichte hinweisen.

Die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe zu geochemischen Perspektiven.

Laut Hauptautor Jesse Remink, Assistenzprofessor für Geowissenschaften, könnte diese Arbeit zur Beantwortung einer grundlegenden Frage zu unserem Planeten beitragen und Hinweise auf die Entstehung anderer Planeten liefern.

„Die vorherrschende Theorie deutet auf einen Wendepunkt vor etwa drei Milliarden Jahren hin, was bedeutet, dass wir vor dem plötzlichen Übergang zur Plattentektonik einen stagnierenden Mantelplaneten ohne tektonische Aktivität hatten“, sagte Remink. „Wir haben gezeigt, dass dies nicht der Fall ist.“

Um die Zusammensetzung der Erdkruste – oder die Wachstumskurve der Erdkruste – zu kartieren, griffen die Forscher auf mehr als 600.000 Proben zurück, die eine Datenbank mit Gesteinsaufzeichnungen der Erde umfassen. Forscher auf der ganzen Welt – darunter auch Penn State – haben jede Gesteinsprobe in der Aufzeichnung analysiert, um den geochemischen Inhalt und das Alter zu bestimmen. Die Forscher bevorzugten Gesteinsaufzeichnungen gegenüber Mineralproben, was die Theorie der plötzlichen Entstehung stützte, da sie sagten, dass die Gesteinsaufzeichnungen auf diesen Zeitskalen empfindlicher und weniger anfällig für Verzerrungen seien.

Untersuchungen von Jesse Remink, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Penn State University, legen nahe, dass die Erdkruste seit Milliarden von Jahren einen langsamen Reformierungsprozess durchführt, anstatt ihr Wachstum vor etwa drei Milliarden Jahren schnell zu verlangsamen. Diese Arbeit widerspreche bestehenden Theorien, die auf die schnelle Bildung tektonischer Platten zu einem früheren Zeitpunkt in der Erdgeschichte hinweisen, sagte Remink. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Jesse Remink

Da die Forscher wussten, dass die Zuverlässigkeit der Mineralaufzeichnungen mit der Zeit abnimmt, stellten sie die Wachstumskurve der Erdkruste mithilfe von Gesteinsaufzeichnungen nach. Dazu entwickelten sie eine einzigartige Methode, um zu bestimmen, wie sich Millionen Jahre altes magmatisches Gestein im Laufe der Zeit verändert: Sie zeigten experimentell, wie sich dasselbe Gestein im Laufe der Zeit auf unterschiedliche Weise verändern kann. Gesteine ​​können auf viele Arten repariert werden, beispielsweise durch Verwitterung in Sedimenten oder durch Umschmelzen im Erdmantel. Daher nutzten die Forscher diese experimentellen Daten, um neue mathematische Werkzeuge zu entwickeln, mit denen Gesteinsaufzeichnungen analysiert und Unterschiede bei Probenveränderungen ermittelt werden können.

„Wir haben das Ausmaß der Nachbearbeitung berechnet, indem wir die Zusammensetzung magmatischer Gesteine ​​mit einer neuen Methode untersucht haben, die den Anteil der Sedimente ermittelt“, sagte Remink.

Sie nutzten diese Berechnungen, um die in Gesteinsaufzeichnungen dokumentierten Nacharbeiten zu kalibrieren. Als nächstes berechneten die Forscher die Wachstumskurve der Erdkruste anhand der neuen Erkenntnisse über die Entstehung von Gesteinen. Sie verglichen die neu berechnete Kurve mit der Wachstumsrate, die andere Experten aus Mineralaufzeichnungen abgeleitet hatten.

Die Arbeit von Reimink und seinem Team legt nahe, dass die Erdkruste dem Verlauf des Mantels – der Schicht, auf der die Kruste liegt – folgt, was auf eine Beziehung zwischen beiden hindeutet. Remink sagte, dies sei nicht das erste Mal, dass Geologen ein allmähliches Wachstum der Erdkruste vorschlagen; Dies ist jedoch das erste Mal, dass eine Rockplatte als Untermauerung herangezogen wird.

„Unsere Krustenwachstumskurve stimmt mit der Krustenwachstumsaufzeichnung überein, es scheint also, dass sich diese beiden Signale auf eine Art und Weise überlappen, die nicht überlappte, als die Mineralaufzeichnung zur Erstellung der Krustenwachstumskurve verwendet wurde“, sagte Remink.

Remink warnte davor, dass die Forschung das Verständnis der Forscher verbessere, aber nicht die ultimative Lösung für die Forschung zum Krustenwachstum sei. Es gibt einfach zu wenige Datenpunkte, die nichts mit der riesigen Zeit und dem Raum der Erdkruste zu tun haben. Eine weitere Analyse vorhandener Datenpunkte könnte jedoch dazu beitragen, Untersuchungen zu anderen Planeten zu unterstützen, sagte Reimink. VenusBeispielsweise verfügt sie über keine tektonischen Platten und könnte ein modernes Beispiel einer frühen Erde sein.

„Wann wurden Erde und Venus unterschiedlich?“ fragte Remink. „Und warum sind sie unterschiedlich geworden? Diese Wachstumsrate der Erdkruste spielt eine große Rolle. Sie verrät uns, wie, was und warum sich die Planeten auf unterschiedlichen Wegen entwickelt haben.“

Referenz: „Eine umfassende Sicht auf die kontinentale Wachstumslithosphäre“ von J.R. Reimink, J.H.F.L. Davies und J.-F. Moen und DJ Pearson, 3. August 2023, Geochemische Perspektivenbriefe.
doi: 10.7185/geochemlet.2324

Joshua Davies von der University of Quebec in Montreal; Jean-François Moyne, Universität Lyon, Frankreich; Dr. hat zu dieser Forschung beigetragen. Graham Pearson von der University of Alberta, Kanada.

Diese Forschung wurde teilweise vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada unterstützt.