Zirkoner studerade av forskargruppen, fotograferad med katodoluminescens, en teknik som gjorde det möjligt för laget att visualisera kristallernas interiörer med hjälp av ett specialiserat elektronmikroskop. Mörka ringar på zirkonerna är de hålrum som lämnats av lasern som användes för att analysera zirkonernas ålder och kemi. Forskare under ledning av Michael Ackerson, en forskningsgeolog vid Smithsonian's National Museum of Natural History, ge nya bevis för att modern platttektonik, en avgörande egenskap hos jorden och dess unika förmåga att stödja liv, uppstod för ungefär 3,6 miljarder år sedan. Studien, publicerad 14 maj i tidskriften Geochemical Perspective Letters, använder zirkoner, de äldsta mineralerna som någonsin hittats på jorden, för att kika tillbaka i planetens gamla förflutna. Teamet testade mer än 3, 500 zirkoner, var och en bara ett par mänskliga hårstrån breda, genom att spränga dem med en laser och sedan mäta deras kemiska sammansättning med en masspektrometer. Dessa test avslöjade åldern och den underliggande kemin för varje zirkon. Av de tusentals testade, cirka 200 var lämpliga för studier på grund av härjningarna av de miljarder år som dessa mineraler har utstått sedan de skapades. Upphovsman:Michael Ackerson, Smithsonian.
Forskare under ledning av Michael Ackerson, en forskningsgeolog vid Smithsonian's National Museum of Natural History, ge nya bevis för att modern platttektonik, en avgörande egenskap hos jorden och dess unika förmåga att stödja liv, uppstod för ungefär 3,6 miljarder år sedan.
Jorden är den enda planeten som är känd för att vara värd för komplext liv och den förmågan är delvis beroende av en annan funktion som gör planeten unik:platttektonik. Inga andra planetkroppar som är kända för vetenskapen har jordens dynamiska skorpa, som är uppdelad i kontinentala plattor som rör sig, spricka och kollidera med varandra över eoner. Platetektonik ger en koppling mellan den kemiska reaktorn i jordens inre och dess yta som har konstruerat den beboeliga planet människor njuter av idag, från syret i atmosfären till koncentrationerna av klimatreglerande koldioxid. Men när och hur platttektonik kom igång har förblivit mystisk, begravd under miljarder år av geologisk tid.
Studien, publicerad 14 maj i tidningen Geokemiska perspektiv Bokstäver , använder zirkoner, de äldsta mineralerna som någonsin hittats på jorden, att kika tillbaka till planetens gamla förflutna.
Den äldsta av zirkonerna i studien, som kom från Jack Hills i västra Australien, var cirka 4,3 miljarder år gamla - vilket betyder att dessa nästan oförstörbara mineraler bildades när jorden själv var i sin linda, bara ungefär 200 miljoner år gammal. Tillsammans med andra gamla zirkoner samlade från Jack Hills som spänner över jordens tidigaste historia för upp till 3 miljarder år sedan, dessa mineraler ger det närmaste forskarna har en kontinuerlig kemisk uppteckning av den framväxande världen.
"Vi rekonstruerar hur jorden förändrades från en smält boll av sten och metall till vad vi har idag, "Ackerson sa." Ingen av de andra planeterna har kontinenter eller flytande hav eller liv. På ett sätt, vi försöker svara på frågan om varför jorden är unik, och vi kan svara på det i viss utsträckning med dessa zirkoner. "
För att se miljarder år in i jordens förflutna, Ackerson och forskargruppen samlade 15 stenar i grapefruktstorlek från Jack Hills och reducerade dem till deras minsta beståndsdelar-mineraler-genom att slipa dem till sand med en maskin som kallas jordekorre. Lyckligtvis, zirkoner är mycket täta, vilket gör dem relativt enkla att skilja från resten av sanden med en teknik som liknar guldpaneler.
Jack Hills i västra Australien, där de zirkoner som studerades togs från 15 grapefruktstora stenar som samlats in av forskargruppen. forskare under ledning av Michael Ackerson, en forskningsgeolog vid Smithsonian's National Museum of Natural History, ge nya bevis för att modern platttektonik, en avgörande egenskap hos jorden och dess unika förmåga att stödja liv, uppstod för ungefär 3,6 miljarder år sedan. Studien, publicerad 14 maj i tidskriften Geochemical Perspective Letters, använder zirkoner, de äldsta mineralerna som någonsin hittats på jorden, att kika tillbaka till planetens gamla förflutna. Upphovsman:Dustin Trail, University of Rochester
Teamet testade mer än 3, 500 zirkoner, var och en bara ett par mänskliga hårstrån breda, genom att spränga dem med en laser och sedan mäta deras kemiska sammansättning med en masspektrometer. Dessa test avslöjade åldern och den underliggande kemin för varje zirkon. Av de tusentals testade, cirka 200 var lämpliga för studier på grund av härjningarna av de miljarder år som dessa mineraler har utstått sedan de skapades.
"Att låsa upp hemligheterna i dessa mineraler är ingen lätt uppgift, "Sade Ackerson." Vi analyserade tusentals av dessa kristaller för att komma fram till en handfull användbara datapunkter, men varje prov har potential att berätta något helt nytt och omforma hur vi förstår ursprunget till vår planet. "
En zirkons ålder kan bestämmas med hög precision eftersom varje innehåller uran. Urans berömda radioaktiva natur och väl kvantifierade förfallshastighet gör det möjligt för forskare att omvända hur länge mineralet har funnits.
Aluminiumhalten i varje zirkon var också av intresse för forskargruppen. Tester på moderna zirkoner visar att zirkoner med hög aluminium endast kan produceras på ett begränsat antal sätt, som gör det möjligt för forskare att använda närvaron av aluminium för att utläsa vad som kan ha hänt, geologiskt sett, vid den tidpunkt zirkonen bildades.
Efter att ha analyserat resultaten av hundratals användbara zirkoner bland de tusentals testade, Ackerson och hans medförfattare dechiffrerade en markant ökning av aluminiumkoncentrationerna för ungefär 3,6 miljarder år sedan.
"Detta sammansättningsskifte markerar troligen början på plattektektonik i modern stil och kan potentiellt signalera livets framväxt på jorden, "Ackerson sa." Men vi kommer att behöva göra mycket mer forskning för att fastställa detta geologiska skiftets kopplingar till livets ursprung. "
En tunn, polerad bit av en sten samlad från Jack Hills i västra Australien. Med hjälp av ett speciellt mikroskop utrustat med polariserande linser, forskargruppen kunde undersöka den invecklade inre strukturen av kvarts som utgör berget, inklusive unika egenskaper som gjorde det möjligt för dem att identifiera gamla zirkoner (magentamineral i mitten av den rödlinjade infällda bilden i det högra fotot). forskare under ledning av Michael Ackerson, en forskningsgeolog vid Smithsonian's National Museum of Natural History, ge nya bevis för att modern platttektonik, en avgörande egenskap hos jorden och dess unika förmåga att stödja liv, uppstod för ungefär 3,6 miljarder år sedan. Studien, publicerad 14 maj i tidskriften Geochemical Perspective Letters, använder zirkoner, de äldsta mineralerna som någonsin hittats på jorden, att kika tillbaka i planetens forntida förflutna. Att se miljarder år in i jordens förflutna, Ackerson och forskargruppen samlade 15 stenar i grapefruktstorlek från Jack Hills och reducerade dem till deras minsta beståndsdelar-mineraler-genom att slipa dem till sand med en maskin som kallas jordekorre. Lyckligtvis, zirkoner är mycket täta, vilket gör dem relativt enkla att skilja från resten av sanden med en teknik som liknar guldpaneler. Upphovsman:Michael Ackerson, Smithsonian
Inferenslinjen som länkar zirkoner av hög aluminium till början av en dynamisk skorpa med platttektonik går så här:ett av få sätt att bilda zirkoner med hög aluminium är genom att smälta stenar djupare under jordens yta.
"Det är verkligen svårt att få aluminium i zirkoner på grund av deras kemiska bindningar, "Ackerson sa." Du måste ha ganska extrema geologiska förhållanden. "
Ackerson anför att detta tecken på att stenar smälts djupare under jordens yta innebar att planetens skorpa blev tjockare och började svalna, och att denna förtjockning av jordskorpan var ett tecken på att övergången till modern platttektonik var på gång.
Tidigare forskning om den 4 miljarder år gamla Acasta Gneiss i norra Kanada tyder också på att jordskorpan tjocknade och fick sten att smälta djupare inom planeten.
"Resultaten från Acasta Gneiss ger oss mer förtroende för vår tolkning av Jack Hills zirkoner, "Ackerson sa." Idag är dessa platser åtskilda av tusentals miles, men de berättar en ganska konsekvent historia, vilket är att för omkring 3,6 miljarder år sedan hände något globalt viktigt. "
Detta arbete är en del av museets nya initiativ som heter Our Unique Planet, ett offentlig-privat partnerskap, som stöder forskning om några av de mest bestående och viktiga frågorna om vad som gör jorden speciell. Annan forskning kommer att undersöka källan till jordens flytande hav och hur mineraler kan ha hjälpt till att väcka liv.
Ackerson sa att han hoppas kunna följa upp dessa resultat genom att söka i de gamla Jack Hills zirkonerna efter spår av liv och genom att titta på andra extremt gamla bergformationer för att se om de också visar tecken på jordskorpans förtjockning för cirka 3,6 miljarder år sedan.
