07 юли 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Древната Земя е била воден свят

Животът и тектониката на плочите може да са се появили на планета, потопена във вода, изхвърлена от мантията

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 14 март 2022 в 00:04 103380
Изследователите смятат, че сушата е била оскъдна преди около 3 милиарда до 4 милиарда години. Кредит: Alec Brenner/Harvard University

През столетията морското равнище се е покачвало и падало с температурите, но общото количество повърхностна вода на Земята винаги се е приемало за постоянно.

Сега се появи ново доказателство, че преди около 3 милиарда до 4 милиарда години океаните на планетата са съдържали почти два пъти повече вода – достатъчно, за да потопят днешните континенти над връх Еверест.

Тази вода може да е задействала движението на тектоничните плочи и да е затруднила появата на живота.

Смята се, че скалите в днешната мантия, дебелият скален слой под земната кора, в своите минерални структури задържа вода колкото обема на океаните и дори повече. Но в ранната история на Земята мантията, затоплена от радиоактивността, е била четири пъти по-гореща. Количеството вода, което може да бъде разтворено в минералите на мантията на Земята, наречено капацитет за съхранение на водата, обикновено намалява при по-високи температури. В рамките на милиарди години, обменът на вода между вътрешността на Земята и повърхността може да контролира промяната в обема на повърхностните океани. 

Неотдавна публикувано изследване в AGU Advances показва, че много минерали не биха могли да задържат толкова водород и кислород при тогавашните температури и налягания в мантията.

„Това предполага, че водата трябва да е била някъде другаде“, обяснява Дзюндзие Дун (Junjie Dong) от Харвардския университет, който ръководи модел, базиран на лабораторни експерименти с хидравлични преси. "И най-вероятният резервоарът е повърхността."

Документът има интуитивен смисъл, коментира Майкъл Уолтър (Michael Walter), експериментален петролог от Института "Карнеги". "Това е проста идея, която може да има важни последици."

Два минерала, открити дълбоко в мантията, съхраняват голяма част от нейната вода днес: уадслиит и рингвудит, варианти на вулканичния минерал оливин при високо налягане. Скалите, богати на тези минерали, съставляват 7% от масата на планетата и въпреки че днес само 2% от теглото им е вода, "капка по капка - вир", отбелязва Стивън Джейкъбсън (Steven Jacobsen), експериментален минералог от Северозападния университет в Еванстън, Илинойс.

Структурата на уадслиит, (Mg,Fe) 2 SiO 4 (бета фаза). Под високо налягане уадслиитът се трансформира в рингвудит. При по-ниско налягане се трансформира в оливин, алфа фаза. Този минерал е синтезиран в лабораторно и след това наблюдаван в диамантени включения. Кредит: merkel.texture.rocks

Структурата на рингвудит, (Mg,Fe) 2 SiO 4 (гама фаза). Под високо налягане рингвудитът се разлага на силикатите перовскит и магнезиовюстит, чиито свойства са напълно различни. Това обяснява наблюдаваното прекъсване между горната и долната мантия на Земята. При по-ниско налягане се трансформира в уадслиит . Кредит: merkel.texture.rocks

Джейкъбсън и колегите му са създали тези мантийни минерали, като притискват скален прах под налягане от десетки хиляди атмосфери и ги нагряват до над 1600°C. Екипът на Дун съединява експериментите, за да покаже, че уадслиитът и рингудитът задържат частично по-малко вода при по-високи температури. Освен това, екипът прогнозира, че с охлаждането на мантията количеството на тези минерали става по-голямо, което увеличава потенциала им да поглъщат вода с остаряването на Земята.

Експериментите не са единствените, които изследват свързаната вода в планета.

„Има доста ясни геоложки доказателства“, разказва Бенджамин Джонсън (Benjamin Johnson), геохимик от Щатския университет в Айова.

Концентрациите на титан в кристалите циркон на 4 милиарда години от Западна Австралия предполагат, че са се образували под вода. И някои от най-старите известни скали на Земята, образувания на възраст 3 милиарда години в Австралия и Гренландия, са базалти с форма, която подсказва, че магмата се е охлаждала под водата.

Работата на Джонсън и Босуел Уинг (Boswell Wing), геобиолог от Университета на Колорадо, Боулдър, предлага повече доказателства. Проби от парче океанска кора на 3,24 милиарда години от континенталната част на Австралия, са били далеч по-богати на тежък кислороден изотоп от днешните океани. Тъй като водата губи този тежък кислород, когато дъждът реагира с континенталната кора, за да образува глини, изобилието й в древния океан предполага, че континентите едва са се появили до този момент, заключава Джонсън и Уинг в проучване, публикувано в Nature Geoscience от 2020 г. Откритието не означава непременно, че океаните са били по-големи, отбелязва Джонсън, но коментира:

„По-лесно е да имаш потопени континенти, ако океаните са по-големи“.

Въпреки че по-големият океан би затруднил появата на континентите, това би могло да обясни защо изглежда са били в движение в началото на историята на Земята, обяснява Ребека Фишер (Rebecca Fischer), експериментален петролог в Харвард и съавтор на проучване, публикувано в AGU Advances. По-големите океани биха могли да помогнат за задействането на тектониката на плочите, тъй като водата проникна в пукнатините и отслабва кората, създавайки зони на субдукция, където една плоча от кората се плъзга под друга. И след като поглъщаната се плоча започва да потъва, по-сухата и по-здрава мантия би помогнала за огъването на плочата, гарантирайки, че потъването й ще продължи, разказва Джун Коренага (Jun Korenaga), геофизик от университета в Йейл.

"Ако не може да се огъне плоча, не може да има тектоника на плочите."

В така наречените зони на субдукция ръбът на едната плоча се подпъхва под другата плоча като едновременно я избутва, докато потъва в земната мантия.

Доказателствата за някогашното наличие на по-големи океани са предизвикателство за сценариите как е започнал животът на Земята, коментира Томас Карел (Thomas Carell), биохимик от университета "Лудвиг Максимилиан" в Мюнхен. Някои изследователи смятат, че е започнало от богати на хранителни вещества хидротермални извори в океана, докато други предпочитат плитки езера на сушата, които често са се изпарявали, създавайки концентрирана "супа" от химични вещества.

Дълбоководен хидротермален извор. Кредит: Аlchetron (CC BY-SA 2.0)

Същетвуването на по-голям океан е удар срещу подводния сценарий: че самият океан би разредил всички зараждащи се биомолекули до незначителност. Но покривайки повечето суша, това усложнява ѝ сценария на плиткото езерце. Карел, защитник на езерната хипотеза, отбелязва, че в светлината на новия документ сега обмисля различно родно място за живота: закътани, водни джобове в скали на вулканични подводни планини, подали се над повърхността на океана.

„Може би всичко се е случило в малки пещери“, предполага Томас Карел.

Кредит: Pinterest

Древният воден свят напомня също и колко условна е еволюцията на Земята. Планетата вероятно е била изсъхнала, докато богатите на вода астероиди я бомбардират малко след раждането й. Ако астероидите бяха донесли два пъти повече вода или днешната мантия е имала по-малко апетит за вода, тогава континентите, толкова важни за живота и климата на планетата, никога нямаше да се появят.

„Земята е много деликатна система“, коментира Дун. "Твърде много вода или твърде малко и [животът] нямаше да се появи."

Справка: Constraining the Volume of Earth's Early Oceans With a Temperature-Dependent Mantle Water Storage Capacity Model
Junjie Dong, Rebecca A. Fischer, Lars P. Stixrude, Carolina R. Lithgow-Bertelloni
AGU Advances, First published: 09 March 2021 https://doi.org/10.1029/2020AV000323

Източник: Ancient Earth was a water world, Paul Voosen


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.