Den avlägsna Pilbara -regionen i norra västra Australien är ett av jordens äldsta block av kontinental skorpa, och vi tror nu att vi vet hur det bildades, som förklaras i forskning publicerad idag i Naturgeovetenskap .

Regionen är känd för sina rika, gammal aboriginal historia som sträcker sig över minst 40, 000 år. Det har också ett otroligt mångsidigt ekosystem, med många arter som inte finns någon annanstans.

Arkitekturen för denna gamla skorpa leder till ett distinkt landskap sett ovanifrån, med ljusa ovala drag som är granitkupoler omgiven av mörka bälten av vulkaniska och sedimentära bergarter, känd som greenstone -bälten.

Denna unika geologiska arkitektur vittnar om vår planets historia.

För miljarder år sedan

Pilbara -regionen började bildas för mer än 3,6 miljarder år sedan och vår forskning stöder tanken att dess stenar inte bildades genom de platttektoniska processer som vi ser i drift idag.

I platttektonik, det yttersta lagret av jorden består av fragmenterade, styva "tektoniska plattor" som driver över planetytan, interagerar vid sina gränser. Ny skorpa genereras och förstörs vid plattgränser och denna process är associerad med det mesta av jordens nuvarande vulkan- och jordbävningsaktivitet.

Plåtgränserna består i allmänhet av ganska raka segment, hundratals kilometer lång. Bevittna den långa kedjan av vulkaner längs Sydamerikas västkust.

Så varför uppvisar klipporna i Pilbara denna ovanliga granit-greenstone-geometri?

I vår forskning beskriver vi hur dessa stenar bildades, beskriver en serie "gravitationella omkull" -händelser som påverkade den gamla skorpan i östra Pilbara långt innan platt-tektoniska processer började för cirka 3,2 miljarder år sedan.

Gravitationsvälte

Vad är en gravitationsvälte? Den unga jorden stekte varm. Dess stora värmeinnehåll resulterade i utbredd vulkanism. Det var för varmt för att de stela plattor som krävs för platttektonik ska fungera.

Tänk dig att hämta en länge glömd chokladkaka ur fickan, som sedan böjer sig och droppar över fingrarna när du försöker njuta av ett mellanmål. (Moderna tallrikar liknar en kall chokladstång direkt från kylskåpet:den böjer sig inte och går sönder när du vill ha ett hörn.)

Den varma tidiga jorden utbröt tjocka högar av basaltlava som bildade en tät skorpa som knappt stöds av den underliggande manteln. Basen i denna kylskorpa upplevde ytterligare uppvärmning från den heta manteln nedan tills den började smälta, alstrar relativt flytande granitiska magmas.

Denna process ledde till en instabil skiktning av den gamla protoskorpan:graniter med låg densitet överlagrades av basalt med hög densitet. På grund av den höga värmen, båda lagren kunde böja och flöda, som leder till instabilitet.

Granitblossarna ville stiga och basalterna ville sjunka. Forskare kallar de stigande klossarna för "plymer" och omorganisationsprocessen "gravitationell vältning".

I den tidiga jorden, med sina höga temperaturer och mjuka skorpa, graniterna steg upp genom skorpan där den bildade flytande stabil skorpa, medan det mesta av den täta basaltskorpan sjönk ner i manteln. Denna process bevaras i Pilbara som de ovala granitkupolerna och de bevarade resterna av basaltskorpan som greenstone-bälten.

Landskapet idag

Norr om Marble Bar, genom att titta på bergtyger, vi upptäckte resterna av den äldsta registrerade gravitationsvälten i Pilbara. Intensivt deformerade stenar bevarar spår av uppstigningen av en stigande granitplum och den därtill hörande nedgången av den täta vulkanskorpan.

Våra fältobservationer, geokemiska analyser och termodynamiska modeller visar att stenar som samlats in från kupolmarginalen representerar hög kiseldioxidmagma som ursprungligen smälte på ett djup av cirka 42 km innan de kristalliserades som graniter vid 20 km.

Uran-bly datering av zirkon i laboratoriet avslöjade att dessa stenar kristalliserade från 3,6-miljarder till 3,5 miljarder år sedan.

De intensivt klippta stenarna vid gränsen till den stigande kupolen och de sjunkande vulkaniska stenarna innehåller ett metamorft mineral, titanit, som bildades under gravitationsvälten.

Vi dejtade flera av dessa mineralkorn och de är i genomsnitt 3,42 miljarder år gamla.

Genom att dejta både före- och efter-gravitationella vältningssällskap, vi kunde begränsa dess varaktighet till en period på 40 miljoner år.

Genom att kombinera vår forskning med publicerade arbeten från andra geologer, det verkar som att Pilbara upplevde minst tre gravitationella omkastningar åtskilda med 100 miljoner års intervall.

Efter den sista välten för 3,2 miljarder år sedan, Pilbara -skorpblocket var äntligen tillräckligt robust och flytande för att överleva platttektonik som varade till och med idag.

Läs mer:Fem aktiva vulkaner på min Asien-Stillahavs 'Ring of Fire' bevakningslista just nu

Vi spekulerar i att cykliciteten hos omkullhändelser i Pilbara är den gamla motsvarigheten till 500- till 600 miljoner år Wilson-cykeln, en hel runda av skorpan från bildning till förstörelse i platttektonisk stil som finns sedan 3,2 miljarder år sedan.

Pilbara fortsätter att inspirera forskare över hela världen att hitta svar på en av mänsklighetens stora frågor:hur gav naturen plattformen för livets slutliga utveckling?

Vi planerar att testa idén om karaktäristiska gamla vältcykler någon annanstans i Pilbara och på andra kontinenter där forntida skorpa bevaras.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.