Ny internationell forskning ledd av University of St Andrews presenterar ett nytt sätt att förstå strukturen och bildningen av våra äldsta kontinenter.

Forskningen, publiceras i tidskriften Earth and Planetary Science Letters avslöjar hur laget från St Andrews, Grönland, Australien, Danmark, och Kanada, använde magmatiska stenar, kommer från djupt inne i jorden, att prova det inre av kratonger som ett sätt att förstå hur de bildades.

Kratoner är de gamla, stabil, hjärtat av jordens kontinenter, och deras bildande var en förutsättning för utvecklingen av komplext liv. Den nordatlantiska kratonen sträcker sig från norra Skottland genom Grönland till Nordamerika, och innehåller den äldsta skorpan som är känd på jorden – upp till 3,8 miljarder år gammal. Hur dessa gamla kratoner byggdes är en stor vetenskaplig debatt, informera om en av de mest grundläggande frågorna inom geovetenskapen:när började plattektoniken att fungera?

Plattektonik – cykeln av stela tektoniska plattor i konstant horisontell rörelse över planetens yta – gör jorden unik inom solsystemets steniga planeter. Plattektoniken började någon gång efter att jorden bildades för 4,6 miljarder år sedan, men det är oklart exakt när. Vissa forskare tror att kratonbildning inträffade som ett resultat av plattektonik, varvid de monterades via horisontell stapling av skorpa. Andra tror att kratoner bildades genom icke-plattetektoniska processer, växer via så kallad "vertikal tektonik".

Förmågan att förstå kratonernas arkitektur och därför hur och när de bildades är, dock, problematisk, på grund av svårigheten att ta prover på stenar inifrån den djupa skorpan och manteln, som på Västgrönland är upp till 250 km tjock.

För att ta itu med detta, forskargruppen använde djupa magmatiska bergarter kända som kimberliter för att prova de djupa delarna av den nordatlantiska kratonen. Kimberliter, som är kända för att få diamanter till ytan, härstammar från den övre manteln, mer än 100 km under jordens yta. När de stiger upp genom kratonen, deras magma samlar bitar av skorpan längs vägen, bitar som är gömda på ytan. På det här sättet, kimberliter kan prova delar av den djupa kontinenten som annars är otillgängliga.

Forskarna tog prov på en kimberlit från västra Grönlands kust, nära Maniitsoq, och extraherade från det mikroskopiska zirkonkorn, var och en mindre än bredden på ett människohår, kommer från skorpan djupt inne i kratonen. Teamet analyserade dessa korn med hjälp av laserablationsmasspektrometri med hög precision.

Analys avslöjade åldern och kemin hos zirkonkornen, som antydde att under den 3,0 miljarder år gamla skorpan som idag utgör Maniitsoq-regionen, ligger mycket äldre 3,8 miljarder år gammal skorpa. Denna äldre skorpa finns idag endast vid ytan 150 km söder om kimberlitlokaliteten. Därför, för att det ska ha tagits prov av kimberliten, delar av den måste ha transporterats i sidled under den skorpa som nu finns vid ytan, någon gång efter 3,0 miljarder år sedan.

Ledande forskare Dr. Nick Gardiner från School of Earth and Environmental Sciences, University of St Andrews, sa:"Kimberlitprovet erbjuder dessa gamla zirkonkorn som antyder att den nordatlantiska kratonen sammanställdes genom att horisontellt stapla olika åldrade skivor av kontinental skorpa, troligen i den sena arkeiska Eon efter 3,0 miljarder år sedan. Dessa fynd tyder på att vissa kratoner har bildats genom plattektoniska processer."

Pappret, "North Atlantic Craton-arkitektur avslöjad av kimberlit-värdade skorpzirkkoner, " publiceras i Earth and Planetary Science Letters