Stenprover från nordöstra Kanada behåller kemiska signaler som hjälper till att förklara hur jordskorpan såg ut för mer än 4 miljarder år sedan, avslöjar nytt arbete från Carnegies Richard Carlson och Jonathan O'Neil från University of Ottawa. Deras arbete är publicerat av Vetenskap .

Det finns mycket om jordens gamla skorpa som forskarna inte förstår. Detta beror på att det mesta av planetens ursprungliga skorpa helt enkelt inte längre finns att studera direkt – den har antingen sjunkit tillbaka in i planetens inre på grund av plattektonikens inverkan eller omvandlats av geologisk aktivitet på jordens yta för att skapa nya, yngre stenar.

"Att hitta rester av denna gamla skorpa har visat sig vara svårt, men ett nytt tillvägagångssätt erbjuder möjligheten att upptäcka närvaron av verkligt uråldrig skorpa som har omarbetats till "bara" riktigt gamla stenar, sa Carlson.

Metoden som användes i denna studie undersökte variationer i förekomsten av en isotop av grundämnet neodym, som skapas av radioaktivt sönderfall av ett annat grundämne, samarium.

Isotoper är versioner av ett element som har samma antal protoner, men olika antal neutroner, vilket gör att varje isotop har olika massa. Samariums isotop med massan 146 är instabil och sönderfaller till isotopen neodym med massan 142. (Om du är intresserad av att veta hur, den gör detta genom att sända ut vad som kallas en alfapartikel – sammansatt av två neutroner och två protoner – från dess kärna.)

Samarium-146 är en radioaktiv isotop som har en halveringstid på endast 103 miljoner år. Det kan låta som en lång tid, men i geologiska termer är den egentligen ganska kort. Medan samarium-146 var närvarande när jorden bildades, den dog ut mycket tidigt i jordens historia. Vi känner till dess existens från studiet av mycket gamla stenar, speciellt meteoriter och prover från Mars och månen.

Variationer i den relativa förekomsten av neodym-142 jämfört med andra isotoper av neodym som inte härrörde från sönderfallande samarium återspeglar kemiska processer som ändrade förhållandet mellan samarium och neodym i berget medan samarium-146 fortfarande var närvarande - i princip före cirka 4 miljarder för flera år sedan.

Carlson och O'Neil studerade 2,7 miljarder år gamla granitiska stenar som utgör en stor del av den östra stranden av Hudson Bay. Förekomsten av neodym-142 i dessa graniter indikerar att de härrörde från återsmältningen av mycket äldre bergarter – bergarter som var mer än 4,2 miljarder år gamla – och att dessa gamla bergarter var sammansättningsmässigt lika den rikliga magnesiumrika bergarten känd som basalt, som utgör hela dagens oceaniska skorpa samt stora vulkaner som Hawaii och Island.

På senare tid i jordens historia, basaltisk oceanisk skorpa överlever på jordens yta i mindre än 200 miljoner år innan den sjunker tillbaka in i jordens inre på grund av plattektonikens verkan. Resultaten som presenteras i denna artikel, dock, föreslår att basaltisk skorpa, som kan ha bildats inte långt efter jordens bildande, överlevde på jordens yta i minst 1,5 miljarder år innan de senare omsmältes till stenar som utgör en stor del av den nordligaste Superior-kratonen, en geologisk formation som sträcker sig ungefär från Hudson Bay i Quebec till Lake Huron i Ontario.

"Om detta resultat antyder att plattektoniken inte var i arbete under den tidigaste delen av jordens historia kan nu undersökas med hjälp av vårt verktyg för att studera neodym-142 variation för att spåra rollen som verkligt uråldrig skorpa spelar för att bygga upp yngre, men fortfarande gammal, delar av jordens kontinentala skorpa, " förklarade Carlson.

Deras fynd har alltså viktiga implikationer om jordens tidigaste skorpa och de processer som startade bildandet av jordens kontinentala skorpa.