Zirconii antice pot înregistra zorii tectonicii plăcilor

Este posibil ca scoarța terestră să se fi pus în mișcare în urmă cu aproximativ 3,8 miliarde de ani.

O schimbare în chimia cristalelor antice de zirconiu din diferite epoci trecute poate fi cel mai timpuriu indiciu al subducției, alunecarea unei plăci tectonice sub alta, au raportat cercetătorii în revista Aprilie AGU Advances. Această schimbare ar putea marca primii pași ai proceselor care vor evolua în tectonica modernă a plăcilor de pe Pământ (SN: 1/13/21). Înainte de aceasta, este posibil ca Pământul timpuriu să fi îmbrăcat o „protocrustă” relativ imobilă, așa cum se observă astăzi pe Venus, spune echipa.

„Pământul este, de fapt, destul de diferit de alte planete, prin faptul că are tectonica plăcilor”, spune coautorul studiului, Nadja Drabon, geochimist la Universitatea Harvard. „Încercăm să ne dăm seama, când a devenit atât de special?”.

Geologii au dezbătut mult timp cum arăta crusta Pământului în timpul Eonului Hadean, acum mai mult de 4 miliarde de ani (SN: 3/16/17). Unul dintre motivele pentru care dezbaterea a rămas nerezolvată este faptul că oportunitățile de a investiga acel trecut îndepărtat sunt rare, deoarece puține roci au supraviețuit eonilor de activitate tectonică.

Dar zirconii – pietre prețioase extrem de rezistente și strălucitoare – sunt renumite pentru capacitatea lor de a rezista miliarde de ani (SN: 1/31/17). Geologii știu acest lucru pentru că pot estima în mod fiabil vârstele zirconului prin măsurarea cantității de uraniu și plumb din cristal. Zirconii în creștere captează ușor uraniul, dar tind să excludă plumbul, astfel încât orice plumb găsit în zircon se presupune că s-a descompus din uraniu. Geologii cunosc această rată de descompunere, care se bazează pe timpul de înjumătățire a uraniului, astfel încât pot estima vârsta zirconului.

Mai mult, zirconii oferă indicii despre mediile în care s-au format, deoarece rețelele lor crescânde de zirconiu, siliciu și oxigen captează cantități mici de alte elemente din mediul înconjurător.

Majoritatea zirconilor hadeeni din lume au fost găsiți în doar o duzină de situri, iar majoritatea provin dintr-un sit din Australia. Dar, din 2018, Drabon și colegii ei au raportat o nouă sursă: Munții Barberton Makhonjwa din Africa de Sud. Zeci de zirconi colectați din acea regiune au cristalizat între 4,15 și 4 miliarde de ani în urmă, în timp ce mii de alți zirconi au o vechime de cel puțin 3,3 miliarde de ani. Descoperirile au oferit cercetătorilor o nouă fereastră în trecut, de aproximativ 800 de milioane de ani, la cumpăna dintre sfârșitul Eonului Hadean și începutul Eonului Archean.

Pentru noul studiu, cercetătorii au aruncat o privire prin această fereastră, verificând zirconii pentru oligoelemente – uraniu, scandiu, ytterbiu, niobiu și ceriu – și, de asemenea, pentru diferite forme de oxigen și hafniu.

Înainte de acum 3,8 miliarde de ani, majoritatea zirconilor conțineau cantități de diferite forme de hafniu de-a lungul timpului care susțineau existența unei protocruste vechi și stabile. Mai mult, acești zirconi mai vechi conțineau oligoelemente la niveluri similare cu cele găsite în zirconii din punctul fierbinte vulcanic din Hawaii. Acolo, rocile noi sunt create pe măsură ce un penaj de material topit se ridică din mantaua Pământului și se cristalizează – un proces care ar fi putut funcționa în absența plăcilor în mișcare.

Dar în zirconii care s-au format după 3,8 miliarde de ani în urmă, cercetătorii nu au mai găsit nicio dovadă a unei protocruste, iar mulți dintre zirconi conțineau semnături de oligoelemente asemănătoare cu cele găsite astăzi în zonele de subducție.

Aceasta este o schimbare fundamentală, spune Jennifer Kasbohm, un geocronolog de la Universitatea Yale care nu a fost implicat în studiu. „Noi chiar considerăm că subducția este esențială pentru tectonica plăcilor”.

Analizele anterioare ale zirconilor din alte locuri, cum ar fi Australia și India, au raportat compoziții similare, notează cercetătorii, sugerând că o formă timpurie de tectonică a plăcilor ar fi putut deveni răspândită în urmă cu aproximativ 3,8 miliarde de ani (SN: 4/9/21).

Mergând mai departe, Drabon intenționează să investigheze dacă alte minerale au fost prinse în interiorul zirconilor în timpul formării lor. Dacă este așa, aceste fragmente de autostop ar putea deschide și mai multe ferestre în istoria tectonică timpurie a Pământului.