Geologer har utvecklat en ny teori om jordens tillstånd för miljarder år sedan efter att ha undersökt de mycket gamla stenarna som bildades i jordens mantel nedanför kontinenterna.

Biträdande professor Emma Tomlinson från Trinity College Dublin och Queensland University of Technologys professor Balz Kamber har precis publicerat sin forskning i en ledande internationell tidskrift, Naturkommunikation .

De sju kontinenterna på jorden idag är var och en byggd kring ett stabilt inre som kallas en kraton, och geologer tror att kratonstabilisering för cirka 2,5–3 miljarder år sedan var avgörande för uppkomsten av landmassor på jorden.

Lite är känt om hur kratonger och deras stödjande mantelkölar bildades, men viktiga ledtrådar finns i peridotit xenoliter, som är prover av mantel som förs till jordens yta av vulkaner som bryter ut.

Dr Tomlinson, från Trinity's School of Natural Sciences, sa:

"Många stenar från manteln under gamla kontinenter innehåller en överraskande mängd kiseldioxid - mycket mer än vad som finns i yngre delar av manteln."

"Det finns för närvarande ingen vetenskaplig konsensus om orsaken till detta."

Den nya forskningen, som tittar på globala data för mantelperidotit, kommer med en ny förklaring till denna observation.

Forskningen använde en ny termodynamisk modell för att beräkna att den ovanliga mineralogin utvecklades när mycket het smält berg - högre än 1700 °C - interagerade med äldre delar av manteln och detta orsakade tillväxten av kiseldioxidrika mineraler.

"I mer än 1 miljard år, från 3,8 till 2,5 miljarder år sedan, vulkaner bröt också ut mycket ovanliga lavor med mycket låg viskositet - lava som var mycket tunn, mycket varmt och innehöll ofta varierande halter av kiseldioxid, " tillade Dr. Tomlinson.

"Vår modellering tyder på att de ovanliga lavorna i själva verket var de smälta stenarna som interagerade med manteln på stort djup och denna interaktion resulterade i den varierande nivån av kiseldioxid."

Professor Kamber, QUT, sa:

"Både de kiselrika stenarna i den djupa manteln och de vulkaniska bergarterna med låg viskositet slutade att tillverkas av jorden för cirka 2,5 miljarder år sedan. Denna tidpunkt är gränsen mellan arkeiska och proterozoiska eoner - ett av de mest betydande brotten i jordens geologiska tidsskala."

Vad som orsakade denna gräns är fortfarande okänt, men forskningen ger ett nytt perspektiv.

Professor Kamber tillade:

"Detta kan ha berott på en förändring i hur manteln flödade. När manteln sakta började vända hela vägen ner till kärnan (2, 900 km), de mycket höga temperaturerna i den arkeiska eonen var inte längre möjliga."