kivéve talán néhány távoli szigetlakót, a legtöbb embernek természetes hajlama van arra, hogy a kontinenseket a Föld alapvető, állandó, sőt jellegzetes jellemzőinek tekintsék. Könnyen elfelejthető, hogy a világ kontinentális platformjai csak szétszórt és elszigetelt tömegeket jelentenek egy olyan bolygón, amelyet nagyrészt víz borít. De az űrből nézve a Föld helyes képe azonnal világossá válik. Ez egy kék bolygó., Ebből a szempontból elég rendkívülinek tűnik, hogy hosszú története során a Föld felszínének egy kis részét mindig a tenger felett tudta tartani-lehetővé téve többek között az emberi evolúciót a szárazföldön.
a magas rangú kontinensek fennmaradása csak váratlan? Hogyan jöttek létre a földek bonyolult kéreg? Mindig ott volt, mint valami ősi jegesedés egy bolygó tortán, vagy az évek során fejlődött ki?, Az ilyen kérdések olyan vitákat vetettek fel, amelyek évtizedek óta megosztották a tudósokat, de a földi felület jelenlegi formájának lenyűgöző története lényegében megoldódott. Ez a megértés figyelemre méltóan azt mutatja, hogy a föld kontinenseinek kialakításához szükséges feltételek a Naprendszer többi részében páratlanok lehetnek.
a földet és a Vénuszt, amely nagyjából azonos méretű és távolságú a naptól, gyakran ikerbolygóknak tekintik. Tehát természetes, hogy csoda, hogy a Vénusz kérge összehasonlítható a saját világunkkal., Bár évszázados teleszkópos megfigyelések a Földről nem tudtak betekintést nyújtani, 1990-től kezdve a radar körül keringő Magellán űrszondák behatoltak a Vénuszt beborító vastag felhőkbe, és lenyűgöző tisztasággal tárták fel a felszínét. A földformák részletes képeiből a bolygótudósok feltételezhetik a Vénuszt lefedő szikla típusát.
úgy tűnik, hogy testvérbolygónkat bazaltos összetételű kőzet takarja el-hasonlóan a sötét, finomszemcsés kőzetekhez,amelyek a föld óceán medencéit határolják. A magellánok feltérképezése azonban nem talált olyan kiterjedt területeket,amelyek hasonlóak a Földkéreghez., Az Aphrodité Terra és Ishtar Terra nevű magaslati területek a gyűrött bazaltos lavák maradványainak tűnnek. Kisebb, kupola alakú halmok találhatók a Vénuszon, és ezek a formák azt jelezhetik, hogy a gránit összetételű vulkáni kőzetek léteznek néhány helyen, de a radar visszaverődései azt mutatják, hogy ezek a pancakelike tulajdonságok csak több bazaltból állhatnak.,
a Magellan által szolgáltatott radaradatok gazdagságának elemzése után a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a lemeztektonika (azaz a bolygó felszínének egyes részeinek folyamatos létrehozása, mozgása és megsemmisítése) nem működik a Vénuszon. Nincsenek nyilvánvaló egyenértékűek a kiterjedt Közép-óceán gerinceivel vagy a Föld nagy árokrendszereivel. Így nem valószínű, hogy a Vénusz kérge rendszeresen újrahasznosítja a bolygó köpenyét., Úgy tűnik, hogy nincs sok hely az új kéreg számára: a Vénuszon jelenleg kitörő láva mennyisége nagyjából megegyezik egy Hawaii vulkán, Kilauea kibocsátásával-pusztán csöpögés a bolygó egészére. A Vénusz ezen eredményei és a naprendszer más szilárd testeinek hasonló felmérései azt mutatják, hogy a bolygók héja kényelmesen három alapvető típusra osztható.
az úgynevezett elsődleges kéreg a naprendszer kezdetéig nyúlik vissza., Ezek után alakult ki nagy darab ősanyag jött összeomlik egy növekvő bolygó, felszabadító elég energiát okoz az eredeti protoplanet olvad. Ahogy az olvadt kőzet lehűlni kezdett, bizonyos típusú ásványi anyagok kristályai viszonylag korán megszilárdultak, és elkülönülhettek a magma testétől. Ez a folyamat, például, valószínűleg létrehozta a hold fehér hegyvidékét, miután az ásványi földpát alacsony sűrűségű szemcséi az olvadt bazalt korai holdi “óceánjának” tetejére lebegtek., A héját sok műholdak a hatalmas külső bolygók, álló keverékek, a kő, a víz, metán, ammónia-ices is felmerült a katasztrofális olvadás során a kezdeti növekedésre.
az ilyen hirtelen, nagyszabású olvadási epizódok termékével ellentétben a radioaktív elemek bomlásából származó hő után másodlagos kéreg képződik, amely fokozatosan felhalmozódik a bolygótesten belül. Az ilyen lassú melegítés hatására a bolygók kis része megolvad, és általában bazaltos lavák kitörését eredményezi., A Mars, a Vénusz és a Föld óceánjainak felszínét az ilyen módon létrehozott másodlagos kéreg borítja. A Hold Mária (az ősi csillagászok “tengerei”) szintén bazaltos lavákból alakult ki, amelyek mélyen a Hold belsejében keletkeztek. A radioaktivitásból-vagy talán az árapályerők által kiváltott hajlításból-származó hő a külső naprendszer jeges holdján is másodlagos kéregeket okozhat.
ellentétben ezekkel a viszonylag gyakori típusokkal, úgynevezett tercier kéreg alakulhat ki, ha a felszíni rétegek visszatérnek egy geológiailag aktív bolygó köpenyébe., A folyamatos desztilláció egyik formájához hasonlóan a vulkanizmus egy olyan kompozíció erősen differenciált magmájának előállításához vezethet, amely különbözik a bazalttól-közelebb a világos színű magmás gránithoz. Mivel a granit magmák előállításához szükséges újrahasznosítás csak olyan bolygón fordulhat elő, ahol a lemeztektonika működik, az ilyen összetétel ritka a Naprendszerben. A kontinentális kéreg kialakulása a Földön lehet az egyetlen helye.,
annak ellenére, hogy az egyes kategóriákon belül kevés példa van, a bolygófelületek keletkezésével kapcsolatos általánosítás egyszerűnek tűnik: egyértelmű különbségek vannak az elsődleges, másodlagos és harmadlagos kéreg kialakulásának sebességében. A Hold például csak néhány millió év alatt hozta létre a fehér, földpátban gazdag elsődleges kéregét-a Hold térfogatának körülbelül 9 százalékát -. A másodlagos kéregek sokkal lassabban fejlődnek., A holdak bazalt (másodlagos kéreg) mindössze néhány száz méter vastag, és a holdak térfogatának mindössze egytizedét teszik ki, mégis ezek az úgynevezett tengerek több mint egymilliárd évet igényeltek. Egy másik példa a másodlagos kéregre, bolygónk bazaltos óceáni medencéire (amelyek a Föld tömegének körülbelül egytizedét teszik ki), körülbelül 200 millió év alatt alakultak ki. Lassú, mivel ezek az arányok, a tercier kéreg létrehozása még kevésbé hatékony. A földnek több milliárd évbe telt, hogy termelje harmadlagos kéregét,a kontinenseket., Ezek a tulajdonságok a bolygó tömegének mindössze mintegy felét teszik ki.
úszó kontinensek
sok olyan elem, amely egyébként ritkán fordul elő a Földön, granitikus kőzetekben gazdagodik, és ez a jelenség a kontinentális kéreg jelentőségét adja apró tömegének arányában. A geológusok azonban nem tudták közvetlen megfigyeléssel megbecsülni a kéreg teljes összetételét-ami a kéreg eredetének és evolúciójának vizsgálatához szükséges kiindulási pont -. Az egyik elképzelhető módszer lehet a felszínen felbukkanó sziklák meglévő leírásainak összeállítása., Még ez a nagy mennyiségű információ is elégtelennek bizonyulhat. Egy nagyszabású kutatási program, amely elég mélyen eljuthat a kéregbe egy értelmes mintához, nyomást gyakorolna a modern fúrási technológia korlátaira, és mindenesetre megfizethetetlenül drága lenne.
szerencsére egyszerűbb megoldás áll rendelkezésre. A természet az üledékek eróziójával és lerakódásával már széles körű mintavételt hajtott végre. Az alacsony iszapok, amelyek most szilárd üledékes kőzetekké váltak, meglepően jó átlagos összetételt biztosítanak a kitett kontinentális kéreg számára., Ezek a minták azonban hiányoznak a vízben oldódó elemekből, például a nátriumból és a kalciumból. Az oldhatatlan anyagok közül, amelyek a kéregből üledékekbe kerülnek, relatív bőségük torzulása nélkül, a 14 ritkaföldfém elem, amelyet a geokémikusok REEs-ként ismertek. Ezek az elemi címkék egyedülállóan hasznosak a kéreg összetételének megfejtésében, mivel atomjaik nem illeszkednek szépen a leggyakoribb ásványi anyagok kristályszerkezetébe. Ehelyett inkább a kontinentális kéreg nagy részét alkotó hűtő magma késői formázó granittermékeire koncentrálnak.,
mivel a különböző üledékekben található REE minták annyira hasonlóak, a geokémikusok azt feltételezik, hogy az időjárásnak, az eróziónak és az üledékképződésnek elég hatékonyan kell összekevernie a különböző magmás forrásköveket ahhoz, hogy teljes mintát hozzon létre a kontinentális kéregből. A REE csoport minden tagja létrehozza a felső kéreg összetételének aláírását, és az elemi bőség mintáinak alakjában megőrzi a magmás események nyilvántartását, amelyek befolyásolhatják a kéreg összetételét.,
ezeknek a geokémiai jelölőanyagoknak a felhasználásával a geológusok például megállapították, hogy a kontinentális kéreg felső részének összetétele megközelíti a granodioritét, egy közönséges magmás kőzetet, amely nagyrészt világos színű kvarcból és földpátból áll, valamint különféle sötét ásványi anyagok borsozásával. A kontinentális kéreg mélyén, körülbelül 10-15 kilométer alatt, valószínűleg gyakoribb a bazaltosabb összetételű szikla., Ennek az anyagnak a pontos jellege továbbra is ellentmondásos, a geológusok jelenleg az urán, a tórium és a 40K, a kálium radioaktív izotópja által a kéregben termelt hő mérésével tesztelik elképzeléseiket. De ésszerűnek tűnik, hogy ennek a megközelíthetetlen és rejtélyes régiónak legalább egy része az alacsonyabb sűrűségű kontinensek alatt rekedt és alulteljesített bazaltból állhat.
Ez a granit kő fizikai tulajdonsága-alacsony sűrűség-magyarázza, hogy a kontinensek többsége miért nem merül el., A kontinentális kéreg átlagosan 125 méterrel emelkedik a tengerszint felett, a kontinentális terület mintegy 15% – a pedig két kilométer magasságban terjed ki. Ezek a nagy magasságban kontraszt jelentősen a mélységben az óceán padló, amely átlagosan négy kilométerrel a tengerszint alatt … egy közvetlen következménye az, hogy bélelve a sűrű óceáni kéreg, amely főleg bazalt, majd egy vékony furnér üledék.
a kéreg alján található az úgynevezett Mohorovikus diszkontinuitás (a nyelv-csavaró név geológusok mindig “Moho” – ra rövidülnek)., Ez a mély felület radikális összetételváltozást jelent az ásványi olivinben gazdag rendkívül sűrű kőzetre, amely mindenütt mind az óceánok, mind a kontinensek alapját képezi. Geofizikai vizsgálatok segítségével szeizmikus hullámok nyomon követhető a Moho világszerte. Az ilyen kutatások azt is jelezték, hogy a kontinensek alatti köpeny tartósan rögzíthető a tetején. Ezek a viszonylag hűvös szubkrusztális “gerincek” akár 400 kilométer vastag is lehetnek, és úgy tűnik, hogy lemez-tektonikus vándorlásuk során a kontinensekkel lovagolnak., Ennek a fogalomnak a támogatása a gyémántokban található apró ásványi zárványok elemzéséből származik, amelyekről úgy gondolják, hogy mélyen származnak ebben a szubkrusztális régióban. A mérések azt mutatják, hogy a gyémántok akár három milliárd évesek is lehetnek, így bemutatják a mély kontinentális gyökerek ókorát.
kíváncsi arra, hogy kevesebb, mint 50 évvel ezelőtt nem volt bizonyíték arra, hogy az óceán medencéit bélelő sziklák bármilyen alapvető módon különböztek a szárazföldön találottaktól. Az óceánokat egyszerűen úgy gondolták, hogy elsüllyedt vagy elsüllyedt kontinensekkel elárasztják., Ez az észlelés természetesen eléggé nőtt abból a koncepcióból, hogy a kontinentális kéreg egy világkörüli körülhatároló tulajdonság volt, amely egyfajta söpredékként merült fel egy eredetileg olvadt bolygón. Bár most biztosnak tűnik, hogy a föld valójában nagyon korán megolvadt, úgy tűnik, hogy egy elsődleges granitikus kéreg, az évtizedekkel ezelőtt feltételezett típus, valójában soha nem létezett.
A Geodiverzitás evolúciója
milyen volt az, hogy két ilyen különböző típusú kéreg, a kontinentális és az óceáni, sikerült felmerülnie a Földön? A kérdés megválaszolásához figyelembe kell venni a naprendszer legkorábbi történetét., A Föld körüli pályán elfoglalt ősi nap-köd területén a gázt többnyire elsöpörték, és csak a sziklás törmelék elég nagy ahhoz, hogy túlélje az intenzív korai naptevékenység felhalmozódását. Ezek a tárgyak maguk is növekedtek, mielőtt végül összeestek, hogy bolygónkat képezzék, egy olyan folyamat, amely körülbelül 50 millió-100 millió évet igényelt.
a formáció ezen szakaszának végén egy hatalmas planetesimal, talán a Mars mérete, a majdnem teljesen kialakult földre zuhant., Az ütközésmérő sziklás köpenyét pályára állították, és a Hold lett, miközben a test fémmagja a földre esett. Amint az várható volt, ez az esemény katasztrofálisnak bizonyult: teljesen megolvasztotta az újonnan alakult bolygót. Ahogy a Föld később lehűlt és megszilárdult, valószínűleg korai bazaltkéreg alakult ki.
valószínű, hogy ebben a szakaszban a Föld felszíne hasonlított a Vénusz jelenlegi megjelenésére; azonban ezen elsődleges kéreg egyike sem maradt fenn., Függetlenül attól, hogy süllyedt a köpeny hasonló módon zajlik a földön, vagy halmoztak fel lokalizált tömegek, amíg nem volt elég vastag ahhoz, hogy átalakuljon egy sűrűbb szikla, mosogató továbbra is bizonytalan. Mindenesetre, nincs bizonyíték jelentős gránit kéreg ebben a korai szakaszban. Az ilyen kéreg árulkodó bizonyítékainak az ásványi cirkon szétszórt szemcséi formájában kellett volna fennmaradniuk, amelyek a gránitban képződnek, és nagyon ellenállnak az eróziónak., Bár néhány, a közeli időkből származó ősi cirkont találtak (a legrégebbi példák ausztráliai üledékes kőzetekből származnak, amelyek körülbelül 4, 3 milliárd évesek), ezek a szemek rendkívül ritkák.
További információ a korai kéregről a legősibb kőzetekből származik, amelyek sértetlenül maradtak fenn. Ezek a kőzetek alig négymilliárd évvel ezelőtt alakultak ki mélyen a kéregben, most Kanada északnyugati részén, a felszínen. Ezt a kőzetképződést Acasta Gneissnek nevezik., A korai kéreg kissé fiatalabb példáit a világ számos pontján dokumentálták,bár ezeknek az ősi formációknak a legjobban tanulmányozott Nyugat-Grönland. Az ott található üledékes kőzet bősége igazolja a folyó víz jelenlétét, valamint annak létezését, amelyek valószínűleg valódi óceánok voltak ebben a távoli korszakban., De még ezek a rendkívül régi kőzetek Kanadából és Grönlandról származó dátum mintegy 400 millió 500 millió évvel a kezdeti felhalmozódás a Föld, egy rés a geológiai rekord okozott, nem kétséges, hatalmas hatások, amelyek súlyosan megzavarta Föld legkorábbi kéreg.
az üledékes kőzetekben megőrzött rekordból a geológusok tudják, hogy a kontinentális kéreg kialakulása folyamatos folyamat volt a földek hosszú története során. De a kéreg létrehozása nem mindig volt azonos jellegű. Például az archeák és a proterozoikus eonok határán, 2 körül.,5 milliárd évvel ezelőtt a rock rekord jelentős változása következik be. A felső kéreg e törés előtti összetétele kevésbé fejlett alkotórészeket tartalmazott, amelyek bazalt és nátriumban gazdag Granit keverékéből álltak. Ezek a sziklák alkotják az úgynevezett tonalit-trondjemite-granodiorite,vagy TTG, suite. Ez a kompozíció jelentősen különbözik a jelenlegi felső kéregtől, amelyet káliumban gazdag gránit dominál.
a kéreg összetételének 2, 5 milliárd évvel ezelőtti mélyreható változása a Föld tektonikus rendszerének változásaihoz kapcsolódik., Ez idő előtt a radioaktív bomlás magasabb szintje több hőt termelt a bolygón. Ennek következménye az volt, hogy a korábbi Archeában az óceáni kéreg melegebb, vastagabb és élénkebb volt, és nem volt képes szubdukcióra. Ehelyett a modern Izlandra hasonlító vastagabb kéregszeletek alatt sűrűbb kéreg olvadt fel, és a TTG suite nátriumban gazdag magmás kőzeteit termelte.
némileg hasonló sziklák alakulnak ki néhány helyen, például Chile déli részén, ahol a fiatal óceáni kéreg szubdukciói., De ezek a modern kőzetek, amelyek most a lemeztektonika miatt alakulnak ki, finoman különböznek az idősebb Archeai unokatestvéreiktől, amelyek vastag kéreg alatt süllyedő lemezekből alakultak ki. A Modern stílusú lemeztektonika csak a késő Archeáig (3,0-2,5 milliárd évvel ezelőtt) kezdte meg működését, amikor az óceáni kéreg hűvösebb lett, elvesztette felhajtóerejét, így vissza tudott süllyedni a köpenybe.
a magma TTG összetételű képződésének korai tendenciája magyarázza, hogy miért nőtt a kéreg bazalt és tonalit keverékeként az Archeai eon során., Nagy összegek-legalább 50 százalék és talán a kontinentális kéreg 70 százaléka-jelentek meg ebben az időben, a növekedés jelentős epizódja 3,0 – 2,5 milliárd évvel ezelőtt volt. Azóta az óceáni medencék és a kontinentális platformok relatív magassága viszonylag stabil maradt. A proterozoikus eon 2,5 milliárd évvel ezelőtti megjelenésével a kéreg már a jelenlegi smink nagy részét feltételezte, és megkezdődött a modern lemez-tektonikus kerékpározás.
jelenleg az óceáni kéreg a bazaltos láva kitörésével alakul ki a közép-óceáni gerincek földgömböt körülvevő hálózata mentén., Ez a folyamat évente több mint 18 köbkilométer kőzetet termel. Az újonnan kialakult kéreg lemeze a köpeny külső rétegének tetején halad, amelyek együttesen alkotják a merev litoszférát. Az óceáni litoszféra az úgynevezett szubdukciós zónák köpenyébe süllyed vissza, amelyek az óceán fenekén feltűnő hegeket hagynak mély árkok formájában. Ezeken a helyeken a litoszféra csökkenő födémje nedves tengeri üledékeket, valamint a köpenybe merülő bazaltot hordoz.,
körülbelül 80 kilométer mélységben a hő a vizet és más illékony komponenseket a szubdukált üledékekből a fedő köpenybe vezeti. Ezek az anyagok akkor jár, mint a fluxus nem egy Öntödei, indukáló olvadás a környező anyag csökkentett hőmérsékleten. A magma frakcionál, andeziteket termel, míg a legalapvetőbb szubsztrátum valószínűleg egy delaminációnak nevezett folyamatban süllyed vissza a köpenybe. Az ilyen módon előállított andezit magma végül eléri a felületet, ahol látványos, robbanásveszélyes kitöréseket okoz. Az 1980-as kitörés a Mount St., Helens egy példa egy ilyen geológiai kataklizmára. A vulkánok nagy láncai-mint például az Andok -, amelyeket forró volatilok táplálnak, évente átlagosan körülbelül két köbméter lávát és hamut adnak a kontinensekhez. Ez az andezit biztosítja a kontinensek ömlesztett anyagát.
de a szilícium-dioxidban gazdag granitikus kőzet, amelyet a kontinensek felszínén látunk, a kéregből származik. A kontinentális kéregben mélyen felgyülemlett hő olvadást okozhat, és a keletkező magma végül a felszínre vándorol., Bár ennek a szükséges hőnek egy része a radioaktív elemek bomlásából származhat, valószínűbb forrás a bazaltikus magma, amely a köpeny mélyéből emelkedik, és a gránitos fedél alatt csapdába esik; az olvadt kőzet ezután úgy viselkedik, mint egy égő egy serpenyő alatt.
kéreg növekedés Spurts
bár a kontinentális kéreg generációjának legdrámaibb eltolódása az Archean eon végén történt, 2, 5 milliárd évvel ezelőtt, úgy tűnik, hogy a kontinensek epizodikus változásokat tapasztaltak az egész geológiai idő alatt., Például a kontinentális kéreg jelentős, későbbi kiegészítése 2,0-1,7, 1,3-1,1, 0,5-0,3 milliárd évvel ezelőtt történt. Az, hogy a Föld kontinensei ilyen megszakított evolúciót tapasztaltak, először ellentmondásosnak tűnhet. Végül is, miért kellene kéregeket formálni, ha a belső hő generálása-és a kéreg újrahasznosításával történő felszabadulása-folyamatos folyamat?
a lemeztektonika részletesebb megértése segít megoldani ezt a rejtvényt., A Permi időszakban (körülbelül 250 millió évvel ezelőtt) a Föld nagy kontinensei konvergáltak, hogy létrehozzanak egy hatalmas földterületet, a Pangaea-t . Ez a konfiguráció nem volt egyedi. Az ilyen “szuperkontinensek” kialakulása körülbelül 600 millió éves időközönként megismétlődik. A kontinenseket egymástól és egymástól elválasztó nagy tektonikus ciklusokat már a korai Proterozoikumig dokumentálták, sőt vannak olyan javaslatok is, amelyek szerint az első szuperkontinens korábban, az Archean alatt alakult ki.
Az ilyen nagyszabású tektonikus ciklusok a kéreg növekedésének ütemének modulálására szolgálnak., Amikor egy szuperkontinens szétesik, az óceáni kéreg a legrégebbi, ezért valószínűleg új kontinentális kéreget képez, miután szubdukcióba kerül. Ahogy az egyes kontinensek felderülnek, a vulkáni ívek (a szubdukciós zónák közelében létrehozott vulkánok ívelt láncai) ütköznek a kontinentális platformokkal. Az ilyen epizódok megőrzik az új kéreget, mivel az ív kőzeteket hozzáadják a kontinensek margóihoz.
Több mint négymilliárd éven át a peripatetikus kontinensek rohamokban álltak össze, és sok különböző terránból indultak., A kapott amalgámban eltemetve az utolsó megmaradt végrendelet, amely a földtörténet nagy része számára elérhető. Ez a történet, olyan sziklákból összeállítva, amelyek olyanok, mint egy puzzle sok zagyva darabja, időbe telt, hogy rendezzék. De a kéreg eredetének és evolúciójának megértése most már elegendő ahhoz, hogy megmutassa, hogy az összes bolygó közül a Föld valóban kivételesnek tűnik. A természet Szerencsés balesete-a lemez-tektonikus aktivitás fenntartásának képessége-egyedül egy bolygó képes volt létrehozni a stabil kontinentális kéreg jelentős foltjait, amelyeket olyan kényelmesnek találunk élni.
a szerző
S., ROSS TAYLOR és SCOTT M. MCLENNAN 1977 óta dolgoznak együtt a földkéreg evolúciójának vizsgálatán. Taylor emellett aktívan foglalkozott Hold – és bolygótanulmányokkal, és számos könyvet publikált a planetológiáról. A Nemzeti Tudományos Akadémia külföldi munkatársa. Taylor jelenleg az Ausztrál Nemzeti Egyetem föld-és Tengertudományi tanszékén, valamint a houstoni Hold-és Bolygóintézetben dolgozik. McLennan a Stony Brook Egyetem Földtudományi tanszékének professzora., Kutatásai az üledékes kőzetek geokémiáját alkalmazzák a föld és a Mars kéreg evolúciójának tanulmányozására. McLennan a Mars Exploration Rover tudományos csapat tagja.