Jordens yttre lager består av gigantiska plattor som mals ihop, glider förbi eller doppar under varandra, ger upphov till jordbävningar och vulkaner. Dessa plattor separeras också vid undervattens bergsryggar, där smält sten sprider sig från havsbassängernas centrum.

Men så var det inte alltid. Tidigt i jordens historia, planeten var täckt av ett enda skal prickat med vulkaner - ungefär som Venus yta idag. När jorden svalnade, detta skal började vikas och spricka, så småningom skapade jordens system av plattektonik.

Enligt ny forskning, övergången till plattektonik började med hjälp av smörjande sediment, skrapad av glaciärer från sluttningarna på jordens första kontinenter. När dessa sediment samlades längs världens unga kustlinjer, de hjälpte till att påskynda rörelsen av nybildade subduktionsfel, där en tunnare oceanisk platta dyker under en tjockare kontinentalplatta.

Den nya studien, publicerad 6 juni, 2019 i tidningen Natur , är den första som föreslår en roll för sediment i uppkomsten och utvecklingen av global plattektonik. Michael Brown, professor i geologi vid University of Maryland, skrev forskningsartikeln tillsammans med Stephan Sobolev, en professor i geodynamik vid GFZ German Research Centre for Geosciences i Potsdam.

Fynden tyder på att sedimentsmörjning styr hastigheten med vilken jordskorpan maler och kurrar. Sobolev och Brown fann att två stora perioder av världsomspännande glaciation, vilket resulterade i massiva avlagringar av glaciärskrubbade sediment, var och en orsakade sannolikt en efterföljande ökning av den globala takten av plattektonik.

Den senaste episoden följde "snöbollsjorden" som slutade någon gång för cirka 635 miljoner år sedan, vilket resulterade i jordens moderna plattektoniska system.

"Jorden har inte alltid haft plattektonik och den har inte alltid utvecklats i samma takt, " sa Brown. "Den har gått igenom minst två perioder av acceleration. Det finns bevis som tyder på att tektoniken också avtog till en relativ krypning under nästan en miljard år. I varje fall, vi fann ett samband med det relativa överflöd - eller knappheten - av glaciala sediment."

Precis som en maskin behöver fett för att hålla sina delar rörliga fritt, plattektonik fungerar mer effektivt med smörjning. Även om det kan vara svårt att förväxla lerans gryniga konsistens, slam, sand och grus med ett halt fett, effekten är i stort sett densamma på kontinental skala, i havsgravarna där tektoniska plattor möts.

"Samma dynamik finns när man borrar jordskorpan. Du måste använda lera - en mycket fin lera blandad med vatten eller olja - eftersom vatten eller olja ensamt inte fungerar lika bra, "Brown sa. "Slampartiklarna hjälper till att minska friktionen på borrkronan. Våra resultat tyder på att tektoniska plattor också behöver denna typ av smörjning för att fortsätta röra sig."

Tidigare forskning på Sydamerikas västkust var den första som identifierade ett samband mellan sedimentsmörjning och friktion längs ett subduktionsförkastning. Utanför norra Chiles kust, en relativ brist på sediment i förkastningsdiket skapar hög friktion när den oceaniska Nazca-plattan sjunker under den kontinentala Sydamerika-plattan. Denna friktion hjälpte till att trycka de högsta topparna i de centrala Anderna mot himlen när kontinentalplattan klämdes ihop och deformerades.

I kontrast, längre söderut finns en högre sedimentbelastning i diket, vilket resulterar i mindre friktion. Detta orsakade mindre deformation av kontinentalplattan och, följaktligen, skapade mindre bergstoppar. Men dessa fynd var begränsade till ett geografiskt område.

För sina studier, Sobolev och Brown använde en geodynamisk modell av plattektonik för att simulera effekten av sedimentsmörjning på subduktionshastigheten. För att verifiera deras hypotes, de kontrollerade för korrelationer mellan kända perioder av utbredd glaciation och tidigare publicerade data som indikerar närvaron av kontinentala sediment i haven och diken. För detta steg, Sobolev och Brown förlitade sig på två primära bevis:den kemiska signaturen för påverkan av kontinentala sediment på havens kemi och indikatorer på sedimentförorening i subduktionsrelaterade vulkaner, ungefär som de som utgör dagens "ring av eld" runt Stilla havet.

Enligt Sobolev och Browns analys, Plattektoniken uppstod troligen på jorden för mellan 3 och 2,5 miljarder år sedan, runt den tid då jordens första kontinenter började bildas. Denna tidsram sammanfaller också med planetens första kontinentala glaciation.

En stor ökning av plattektoniken inträffade sedan för mellan 2,2 och 1,8 miljarder år sedan, efter en annan global istid som skrubbade in enorma mängder sediment i förkastningsgravarna vid kontinenternas kanter.

Nästa miljard år, från 1,75 miljarder till 750 miljoner år sedan, såg en global minskning av takten i plattektoniken. Detta skede av jordens historia var så stillsamt, jämförelsevis sett, att den fick smeknamnet "den tråkiga miljarden" bland geologer.

Senare, efter den globala "snöbollsjordens" glaciation som upphörde för ungefär 635 miljoner år sedan, den största yterosionshändelsen i jordens historia kan ha skurat mer än en vertikal mils tjocklek från kontinenternas yta. Enligt Sobolev och Brown, när dessa sediment nådde haven, de kickstartade den moderna fasen av aktiv plattektonik.

Forskningsdokumentet, "Yterosionshändelser styrde utvecklingen av plattektoniken på jorden, "Stephan Sobolev och Michael Brown, publicerades i tidskriften Natur den 6 juni, 2019.