Stenarna vid ytan av den moderna jorden är i stort sett uppdelade i två typer:felsiska och maffiska. Felsiska bergarter har i allmänhet relativt låg densitet - för en sten - och ljusa till färgen eftersom de är gjorda av vitaktiga mineraler rika på kisel och aluminium. Half Dome i Kalifornien är gjord av granit som är en felsisk sten. maffiska stenar, i kontrast, har relativt hög densitet och mörka färger eftersom de innehåller mineraler rika på järn och magnesium; Giants Causeway i Nordirland är gjord av basalt, som är en maffisk sten.

Skillnaden i densitet mellan felsiska och maffiska bergarter gör att felsiska bergarter är mer flytande, och därför sitta på högre höjder över jordens mantel (skiktet inuti jorden mellan jordskorpan och kärnan). Av denna anledning, Felsiska bergarter utgör jordens kontinenter medan den lägre höjdskorpan under haven är maffisk.

Mekanismerna som separerade stenarna på jordens yta i dessa två grupper kan också ha skapat den miljö som behövs för att liv ska blomstra för 4,3 miljarder år sedan, mycket tidigt i jordens historia.

Separationen i dessa två bergarter är resultatet av plattektonik:där de tektoniska plattorna separeras och flyttas isär, stenarna nedanför blir trycklösa, smälta och fyll i gapet mellan dem, som Mid-Atlantic Ridge). Stenen som fyller gapet mellan plattorna är maffisk.

När en platta glider under en annan, vätskor som frigörs från den nedre plattan orsakar smältning i manteln. Dessa smältor måste passera genom den övre plattan för att nå ytan. På väg upp till ytan, de genomgår en serie processer som kallas fraktionerad kristallisering, som kan förändra maffiska smältor till felsiska smältor.

Fastställande av tidslinjer

När denna separation inträffade är en fråga för stor debatt inom geovetenskaperna eftersom det kan tillåta oss att avgöra när jorden blev beboelig för liv. Många jordforskare tror att den kontinentala skorpans vittring kan ha gett näringsämnena för att livet ska trivas; identifiera när de första kontinenterna bildades indikerar när detta kan ha inträffat.

Jordforskare diskuterar också om plattektoniska processer tidigare var desamma som de som inträffade idag, och om de ens behövdes för att bilda kontinental skorpa tidigare. Den första kontinentala skorpan kan ha bildats genom växelverkan mellan oceanisk skorpa och mantelplymer av värme som kommer från jordens kärna. En annan teori tyder på att kontinental skorpa bildades genom meteoritbombardement.

Den exakta mekanismen är viktig för att förstå jordens historia och utveckling, och kan hjälpa till att förstå de processer som kan inträffa på andra planeter.

Granskning av register

Vår senaste studie tittade på det äldsta geologiska materialet på jorden. Resultaten tyder på att jorden redan separerades i dessa två bergarter för 4,3 miljarder år sedan - i praktiken sedan början av jordens geologiska rekord. Våra data gav också spännande insikter i de tektoniska processer som kan ha ägt rum vid den tiden.

Ursprunget till den kontinentala skorpan diskuteras delvis eftersom ju längre tillbaka i tiden du går, desto färre stenar finns det att studera. Prover från Acasta Gneiss Complex i norra Kanada visade sig vara cirka fyra miljarder år gamla - de äldsta kända stenarna på jorden. Dessa Acasta Gneiss-stenar är felsiska och består av tonalit-trondhjemit-granodiorit.

Det finns väldigt få äldre prover från jorden, den mest kända av dem är Jack Hills zirkoner. Dessa är upp till 4,3 miljarder år gamla, 300 miljoner år äldre än Acasta Gnejs. De är små korn av mineral zirkon som har eroderats ut ur sin moderbergart (bergarten där de ursprungligen kristalliserades).

Dessa zirkoner finns i mycket yngre sediment i Australien, vilket innebär att det är svårt att avgöra vilken typ av bergarter dessa mineraler ursprungligen kom från, lämnar öppen frågan om det fanns kontinental skorpa under den tidigaste perioden av jordens historia.

Kontinentalförbindelser

I vår senaste studie, vi jämförde alla aspekter av zirkonkristallernas kemi från Acasta-stenar till Jack Hills-zirkoner för att se om de kunde ha bildats i en liknande miljö.

Vi fann att de två uppsättningarna av zirkonkorn är kemiskt identiska, vilket tyder på att de bildades av samma typer av stenar och troligen i samma typer av tektoniska miljöer. Detta betyder att jorden kan ha börjat skapa en jordskorpa av kontinental typ mycket snart efter att den bildades.

Den kemiska sammansättningen av båda sviterna av zirkonkristaller tyder också på att de växte i magma som har sitt ursprung på stort djup i jorden. Djupa ursprung för magma är ett typiskt tecken på subduktion på den moderna jorden.

Vi jämförde mängden uran i kristallerna med mängden ytterbium, ett sällsynt element. När en magma bildas på stort djup, mineralgranaten är ofta närvarande, som samlar ytterbium. Detta innebär att mindre ytterbium tas upp av zirkonkristaller, vilket tyder på att en relativ brist på ytterbium indikerar att dessa magma bildades i djupa miljöer.

Jack Hills zirkoner är kända för att ha kristalliserat vid relativt låga temperaturer. Vi fann att temperaturerna från Acasta zirkoner matchade exakt med Jack Hills zirkoner, ytterligare indikerar deras likhet.

Att hitta början

I sista hand, våra resultat tyder på att de tektoniska processer som inträffade i början av det geologiska rekordet kanske inte har varit så olika från de processer som inträffade efteråt. Bevis på att saker och ting inte var alltför annorlunda från den moderna jorden ger spännande insikter om potentialen för livets ursprung och beboeligheten på den tidiga jorden, möjligen bekräftar att liv fanns mycket tidigt i jordens historia.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.