Bortsett fra kanskje for noen avsidesliggende øy beboere, de fleste mennesker har en naturlig tendens til å vise kontinenter som grunnleggende, permanent og selv karakteristiske egenskaper av Jord. Man glemmer lett at verdens kontinental plattformer beløpet bare spredt og isolert massene på en planet som er i stor grad dekket av vann. Men da sett fra verdensrommet, riktig bilde av Jorden blir det umiddelbart klart. Det er en blå planet., Fra dette perspektivet virker det ganske utrolig at i løpet av sin lange historie Jorden kunne klare å holde en liten del av overflaten alltid over havet-og gir, blant andre ting, human evolusjon til å gå på tørt land.

Er den vedvarende høy stående kontinenter bare tilfeldig? Hvordan gjorde Jordarter komplisert skorpe komme inn i eksistens? Har det vært der hele tiden, som noen forhistoriske ising på en planetarisk kake, eller har det utviklet seg gjennom tidene?, Slike spørsmål hadde skapt debatter som delt forskere i mange tiår, men den fascinerende historien om hvordan den terrestriske overflate kom til å ta sin nåværende form er nå i hovedsak løst. Som viser forståelse, merkelig nok, at vilkårene som kreves for å danne kontinentene på Jorden kan være enestående i resten av solsystemet.

Jorden og Venus, blir omtrent samme størrelse og avstand fra solen, er ofte sett på som to planeter. Så det er naturlig å lure på hvordan den skare av Venus sammenligner med vår egen verden., Selv om århundrer med teleskopiske observasjoner fra Jorden kunne gi noen innsikt, som begynner i 1990 Magellan plass sonder i bane rundt radar trengt den tykke skyer som innhyller Venus, og avslørte dens overflate med fantastisk klarhet. Fra detaljerte bilder av landformer, planetarisk forskere kan anta type rock som dekker Venus.

Vår søster planet ser ut til å være dekket av rock av basaltisk sammensetning–mye som mørk, finkornet bergarter som linje havet bassenger på Jorden. Magellans kartlegging, men klarte ikke å finne store områder analogt til Jordarter kontinental skorpe., Forhøyet regioner som heter Aphrodite Terra og Ishtar Terra ser ut til å være rester av krøllete basaltisk lava. Mindre, kuppel-formet haugene er funnet på Venus, og disse skjemaene kan tyde på at vulkanske bergarter med sammensetningen av granitt ikke eksisterer i noen steder, men radar refleksjoner viser at disse pancakelike funksjoner kan være sammensatt kun av mer basalt.,

Etter å ha analysert vell av radar-data levert av Magellan, forskere har konkludert med at platetektonikk (som er den kontinuerlige skapelse, bevegelse og ødeleggelse av deler av jordens overflate) ikke ser ut til å operere på Venus. Det er ingen åpenbare ekvivalenter til omfattende mid-ocean rygger eller til den store grøften systemer på Jorden. Dermed er det lite trolig at den skare av Venus regelmessig resirkulerer tilbake til at jordens mantel., Heller ikke synes det å være mye behov for å gjøre plass til nye skorpe: mengden av lava tiden utbrudd på Venus er omtrent tilsvarende til utgang av en Hawaiian volcano, Kilauea–bare drible for planeten som helhet. Disse funnene er fra Venus og tilsvarende undersøkelser av andre faste legemer i solsystemet viser at planetarisk skorper kan være gunstig delt inn i tre grunnleggende typer.

såkalte primære skorper dateres tilbake til begynnelsen av solsystemet., De dukket opp etter at store deler av det opprinnelige materialet kom til å krasje inn i en voksende planet, frigjør nok energi til å forårsake den opprinnelige protoplanet til å smelte. Som smelta stein begynte å kjøle, krystaller av noen typer mineraler stivnet relativt tidlig og kunne separat fra kroppen av magma. Denne prosessen, for eksempel, sannsynligvis opprettet den hvite highlands of the moon etter lav tetthet av korn bygd opp av mineralet feltspat flyte til toppen av en tidlig måne «ocean» av smeltet basalt., Det skorper av mange satellitter av den gigantiske ytre planetene, som består av blandinger av rock med vann, metan og ammoniakk ices, kan også ha oppstått fra katastrofale å smelte i løpet av første belegg.

I motsetning til produktet av slike plutselige, store episoder av å smelte, sekundær skorper form etter varme fra nedbrytning av radioaktive elementer gradvis akkumuleres i en planetarisk kroppen. En slik langsom oppvarming fører til en liten brøkdel av planetene steinete mantelen til å smelte, og vanligvis resulterer i utbruddet av basaltisk lava., Overflaten på Mars og Venus og Jorden er hav etasjer er dekket av sekundær skorper som opprettes på denne måten. Lunar maria (den «hav» av den gamle astronomer) også dannet fra basaltisk lava som har sitt utspring i de dype måner interiør. Varmen fra radioaktivitet–eller kanskje fra svikt forårsaket av tidevanns styrker–på noen isete månens av det ytre solsystemet kan også ha generert videregående skorper.

i Motsetning til disse relativt vanlige typer, såkalte universitets-crust kan danne hvis overflaten lag er returnert tilbake i mantelen av et geologisk aktivt planet., Som en form for kontinuerlig destillasjon, vulkanisme kan da føre til produksjon av svært differensiert magma av en sammensetning som er forskjellig fra basalt–nærmere lys-farget størkningsbergarter rock granitt. Fordi resirkulering nødvendig for å generere granittiske magmas kan bare oppstå på en planet der platetektonikk opererer, slik sammensetning er sjeldne i solsystemet. Dannelsen av kontinental skorpe på Jorden kan være det eneste sted.,

til Tross for den lille rekke eksempler innenfor hver kategori, en generalisering om genesis av kroppens overflater virker enkelt å gjøre: det er klare forskjeller i priser på som primære, sekundære og tertiære skorper form. Månen, for eksempel generert sine hvite, feldspar-rik primære skorpe-ca 9 prosent av lunar volum–i bare noen få millioner år. Sekundær skorper utvikle seg mye saktere., Måner basalt maria (sekundær skorpe) er bare et par hundre meter tykke, og utgjør bare en tidel av 1 prosent av måner volum, og likevel er disse såkalte hav kreves mer enn en milliard år å danne. Et annet eksempel på sekundær skorpe, den basaltisk oceanic bassenger av vår planet (som utgjør om lag en tiendedel av 1 prosent av Jordens masse), dannet over en periode på om lag 200 millioner år. Treg som disse prisene er etableringen av universitets-crust er enda mindre effektiv. Jorden har tatt flere milliarder år å produsere sin høyere skorpe–kontinenter., Disse funksjonene beløpe seg til omtrent halvparten av 1 prosent av massen til planeten.

Flytende Kontinenter
MANGE ELEMENTER som ellers sjelden funnet på Jorda er beriket i granittiske bergarter, og dette fenomenet gir kontinental skorpe en betydning i forhold til sin lille massen. Men geologer har ikke vært i stand til å beregne den samlede sammensetningen av jordskorpen-et nødvendig utgangspunkt for en etterforskning av sin opprinnelse og utvikling–ved direkte observasjon. En mulig metode kan være å samle eksisterende beskrivelser av bergarter som skåret på overflaten., Selv denne store kroppen av informasjon kan godt vise seg utilstrekkelig. En storstilt leting programmet som kan komme dypt nok i jordskorpen for en meningsfull eksempel ville trykk grensene for moderne boreteknologi og i alle tilfelle ville være uoverkommelig dyrt.

Heldigvis, en enklere løsning er for hånden. Naturen har allerede gjennomført en omfattende prøvetaking gjennom erosjon og avsetning av sedimenter. Ydmyk slam, nå omgjort til fast sedimentære bergarter, gi en overraskende god gjennomsnittlig sammensetning for utsatt kontinental skorpe., Disse prøvene er imidlertid mangler de elementene som er løselig i vann, slik som natrium og kalsium. Blant de ikke oppløselig materiale som er overført fra jordskorpen i sedimenter uten forvrengning i deres relative abundances er 14 rare-earth elements, som er kjent for å geochemists som REEs. Disse elementære koder er unikt nyttig i å tyde jordskorpens sammensetning, fordi de ikke atomene passe pent inn i krystallstruktur av de vanligste mineraler. De pleier i stedet for å være konsentrert i sen-forming granittiske produkter av en avkjølende magma som utgjør det meste av kontinental skorpe.,

Fordi REE mønstre som finnes i et utvalg av sedimenter er så like, geochemists anta at forvitring, erosjon og sedimentering må blande forskjellige størkningsbergarter kildebergarten effektivt nok til å lage et samlet utvalg av kontinental skorpe. Alle medlemmer av REE gruppe etablere en signatur av øvre jordskorpens sammensetning og bevare, i former av elemental overflod mønstre, en oversikt over størkningsbergarter hendelser som kan ha påvirket sammensetningen av jordskorpen.,

ved Hjelp av disse geokjemiske sporstoff, geologer har for eksempel bestemt at sammensetningen av den øvre del av den kontinentale skorpen er tilnærmet lik som for granodiorite, en vanlig størkningsbergarter rock som består i stor grad av lys-farget kvarts og feldspar, sammen med en peppering av ulike mørke mineraler. Dypt inne i den kontinentale skorpen, under ca 10 til 15 kilometer, rock av en mer basaltisk sammensetning er trolig vanlig., Den eksakte natur av dette stoffet er fortsatt kontroversiell, og geologer er nå teste sine ideer ved hjelp av målinger av den varmen som produseres i jordskorpen av de viktigste radioaktive elementene uran, thorium og 40K, den radioaktive isotopen av kalium. Men det virker rimelig at i hvert fall deler av denne utilgjengelige og gåtefulle regionen kan bestå av basalt fanget og underplated under lavere tetthet kontinenter.

Det er dette fysisk egenskap av granittiske rock–lav tetthet–som forklarer hvorfor de fleste av kontinentene er ikke senkes., Kontinental skorpe stiger i gjennomsnitt 125 meter over havet, og ca 15 prosent av den kontinentale området strekker seg over to kilometer i høyden. Disse store høyder kontrast markert med dypet av havet etasjer, som i gjennomsnitt omtrent fire kilometer under havoverflaten-en direkte konsekvens av at de var omgitt av tett oceanic crust hovedsakelig består av basalt og en tynn ferniss av sediment.

i bunnen av paien ligger den såkalte Mohorovicic diskontinuitet (en tongue-kronglete navn geologer alltid forkorte å «Moho»)., Denne dype overflate markerer en radikal endring i sammensetningen til en svært tett rock rike på mineralet olivin, som overalt ligger til grunn for både hav og kontinenter. Geofysiske studier ved hjelp av seismiske bølger har spores Moho over hele verden. Slike undersøkelser har også indikert at mantelen under kontinentene kan være permanent festet på toppen. Disse relativt kjølig subcrustal «kjøl» kan være så mye som 400 kilometer tykke, og som synes å ri med den kontinenter i løpet av sin plate-tektoniske vandringer., Støtte for denne oppfatningen kommer fra analyse av små mineral inkluderinger funnet i diamanter, som er antatt å stamme dypt i dette subcrustal regionen. Målinger viser at diamanter kan være opp til tre milliarder år gamle og dermed demonstrere antikken av den dype kontinental røtter.

Det er merkelig å tenke over at mindre enn 50 år siden, var det ingen bevis for at steinene fôr ocean bassenger utmerker seg på noen grunnleggende måte fra de som finnes på land. Havene ble rett og slett tenkt å være floored med forlist eller sunkne kontinent., Denne oppfatningen vokste naturlig nok fra konseptet om at den kontinentale skorpen var en verden-rundt-funksjonen som hadde oppstått som en slags avskum på en i utgangspunktet smeltet planet. Selv om det ser nå bestemt at Jorden faktisk smelte veldig tidlig, det virker som en primær granittiske skorpe, av den type som antas tiår siden, aldri eksistert.

Utviklingen av Geodiversity
HVORDAN VAR DET at to slike distinkte typer skorpe, kontinental og oseanisk, klart å fremkomme på Jorden? For å besvare dette spørsmålet, må man vurdere de tidligste historie av solsystemet., I den regionen av den opprinnelige solar nebula okkupert av Jordens bane, gass ble det meste revet bort, og bare steinete rusk store nok til å overleve intens tidlig solar aktivitet akkumulert. Disse objektene må selv har vokst med belegg, før de til slutt faller sammen for å danne vår planet, en prosess som er nødvendig om 50 millioner til 100 millioner år.

Sent i denne fasen av dannelsen, en massiv planetesimal, kanskje på størrelse med Mars, kolliderte i nesten fullt dannet Jorden., Rocky kappe av impactor ble kastet ut i bane rundt jorden og ble til månen, mens metallisk kjerne av kroppen falt til Jorden. Som kan forventes, denne hendelsen skulle vise seg katastrofalt: det er helt smeltet den nyopprettede planet. Som Jorden senere avkjølt og stivnet, en tidlig basaltisk skorpe sannsynligvis dannet.

Det er sannsynlig at på dette stadiet overflaten av Jorden lignet den nåværende utseende til Venus; men, ingen av dette primær-crust har overlevd., Enten det sank ned i mantelen på en måte som ligner den som finner sted på Jorden eller stablet opp i lokalisert massene til den ble tykk nok til å forvandle seg til en tettere rock og vask er fortsatt usikkert. I alle tilfelle, det er ingen bevis for betydelig granittiske skorpe på dette tidlige stadiet. Avslørende bevis for slik en skorpe burde ha overlevd i form av spredte korn av mineralet zirkon, som skjemaer i granitt og er svært motstandsdyktig mot erosjon., Selv om noen gamle zircons dateres fra nær denne gangen har blitt funnet (de eldste eksemplene er fra sedimentære bergarter i Australia og er ca 4.3 milliarder år gammel), disse kornene er meget knappe.

Mer informasjon om tidlig skorpe kommer fra de gamle bergarter som har overlevd intakt. Disse bergartene er dannet dypt nede i jordskorpen bare mindre enn fire milliarder år siden, og nå skåret på overflaten i nordvest-Canada. Denne fjellformasjonen er kalt Acasta Gneis., Litt yngre eksempler på tidlig skorpe har vært dokumentert i flere steder over hele verden, selv om det beste studert av disse gamle formasjoner er i vest-Grønland. Overflod av sedimentære rock det er grunnen til at tilstedeværelsen av rennende vann og til eksistensen av det var nok sant hav i løpet av denne eksterne epoke., Men selv disse usedvanlig gamle bergarter fra Canada og Grønland dato fra rundt 400 millioner til 500 millioner år etter den første belegg av Jorden, et gap i den geologiske posten forårsaket, ingen tvil om det, med konsekvenser som alvorlig forstyrret Jordens tidligste skorpe.

Fra posten bevart i sedimentære bergarter, geologer vet at dannelsen av kontinental skorpe har vært en pågående prosess gjennom Jordens lange historie. Men etableringen av jordskorpen har ikke alltid hatt samme karakter. For eksempel, på grensen mellom Archean og Proterozoic evigheter, rundt 2.,5 milliarder år siden, en tydelig endring i rock record oppstår. Sammensetningen av den øvre jordskorpen før denne pausen inneholdt mindre utviklet seg bestanddeler, som består av en blanding av basalt og natrium-rik granites. Disse bergartene gjøre opp den såkalte tonalite-trondjemite-granodiorite, eller TTG, suite. Dette sammensetning skiller seg betydelig fra dagens øvre jordskorpen, som er dominert av kalium-rik granites.

Den dyptgripende endring i jordskorpens sammensetning 2,5 milliarder år siden, ser ut til å være knyttet til endringer i Jordens tektoniske regimet., Før denne tiden, høyere nivåer av radioaktiv nedbrytning produseres mer varme i planet. Konsekvensen var at i tidligere Archean den oceanic crust ble varmere, tykkere og mer spenstig og var ikke i stand til å være subducted. I stedet, under tykkere deler av jordskorpen som kan ligne moderne Island, tettere skorpe smeltet og produsert natrium-rik størkningsbergarter bergarter av TTG suite.

Noe lignende bergarter danner nå i et par steder som sør-Chile, der unge oceanic crust subducts., Men disse moderne bergarter, og danner nå på grunn av platetektonikk, er litt forskjellig fra sine eldre Archean søskenbarn, som dannet fra å synke plater under tykk skorpe. Moderne stil platetektonikk ikke begynne drift til slutten av Archean (mellom 3,0 milliarder kroner og 2,5 milliarder år siden), når oceanic crust ble kjøligere, mistet sin oppdrift og var dermed i stand til å synke tilbake i mantelen.

tidlig tendens til magma å danne en TTG sammensetning forklarer hvorfor skorpe vokste som en blanding av basalt og tonalite under Archean eon., Store mengder–minst 50 prosent, og kanskje så mye som 70 prosent av kontinental skorpe–dukket opp på denne tiden, med en stor episode av vekst mellom 3,0 milliarder kroner og 2,5 milliarder år siden. Siden den tiden var det relativ høyde over havet bassenger og kontinental plattformer har holdt seg relativt stabil. Med utbruddet av den Proterozoic eon 2,5 milliarder år siden, skorpen hadde allerede overtatt mye av sin nåværende sminke, og moderne plate-tektoniske sykling begynte.

i Dag oceanic crust former ved utbruddet av basaltisk lava langs en verden-rundt nettverk av mid-ocean rygger., Mer enn 18 kubikk kilometer rock er produsert hvert år av denne prosessen. En skive av nylig dannet skorpe rir på toppen av et ytre lag av mantelen, som til sammen utgjør den stive lithosphere. Oseaniske lithosphere synker tilbake i mantelen på såkalte subduksjonssoner, noe som etterlater synlige arr på havbunnen i form av dype grøfter. På disse sidene synkende skive av lithosphere bærer våt marine sedimenter samt basalt stuper inn i mantelen.,

På en dybde av ca 80 kilometer, varme-stasjoner vann og andre flyktige komponenter fra subducted sedimenter i overliggende mantelen. Disse stoffene da fungere som en flux gjør på et støperi, inducing smelte i det omliggende materialet til reduserte temperaturer. Den magma fractionates, produsere andesites, mens den mer grunnleggende undergrunnen sannsynligvis synker tilbake til mantelen i en prosess som kalles delaminering. Den andesite magma produsert på denne måten til slutt kommer til overflaten, hvor det fører til spektakulære, eksplosive utbrudd. 1980 utbruddet av Mount St., Helens er et eksempel på en slik geologiske katastrofen. Store kjeder av vulkaner, for eksempel Andesfjellene–drevet av kokende volatiles legg til i gjennomsnitt ca to kubikk kilometer av lava og aske til kontinenter hvert år. Dette andesite gir bulk material kontinenter.

Men mer silika-rik granittiske bergarter, som vi ser på overflaten av kontinenter, kommer fra jordskorpen. Akkumulering av varme dypt inne i den kontinentale skorpen i seg selv kan føre til smelting, og den resulterende magma til slutt vil migrere til overflaten., Selv om noen av dette er nødvendig varme kan komme fra nedbrytning av radioaktive elementer, som er en mer sannsynlig kilde er basaltisk magma som stiger opp fra dypere ned i mantelen og blir fanget under granittiske lokk; smeltet stein fungerer da som en brenner under en stekepanne.

Jordskorpens Vekst Spruter
SELV om DEN MEST DRAMATISKE SKIFTE i generasjon av kontinental skorpe som skjedde på slutten av Archean eon, 2,5 milliarder år siden, kontinenter synes å ha opplevd episodisk endringer i hele geologisk tid., For eksempel betydelig, senere tillegg til den kontinentale skorpen oppstått fra 2.0 til 1,7, fra 1.3 til 1.1 og fra 0,5 til 0,3 milliarder år siden. At Jordens kontinenter har opplevd en slik en gjennomhullet utviklingen kan virke ved første til å bli counterintuitive. Derfor, tross alt, bør skorpe dannes i spruter hvis generasjon av intern varme–og dens frigjøring gjennom jordskorpens gjenvinning-er en kontinuerlig prosess?

En mer detaljert forståelse av platetektonikk bidrar til å løse dette puslespillet., I løpet av perioden Perm (ca 250 millioner år siden), de store kontinentene på Jorden forenes for å skape en enorm landmasse kalt Pangaea . Denne konfigurasjonen var ikke unik. Dannelsen av en slik «supercontinents» ser ut til å gjenta seg i intervaller på ca 600 millioner år. Store tektoniske sykluser kjøring kontinenter bortsett og sammen har vært dokumentert så langt tilbake som Tidlig på Proterozoic, og det er også forslag om at første supercontinent kan ha dannet tidligere, under Archean.

Slike store tektoniske sykluser tjene til å modulere tempo av jordskorpens vekst., Når en supercontinent bryter seg ut, oceanic crust er på sin eldste og dermed mest sannsynlig til å danne nye kontinental skorpe etter det subducts. Som den enkelte kontinenter reconverge, vulkansk buer (buet kjeder av vulkaner opprettet i nærheten subduksjonssoner) kolliderer med kontinental plattformer. Slike episoder bevare ny skorpe som arc steiner er lagt til margen av kontinentene.

For mer enn fire milliarder år, den omreisende kontinenter har samlet seg i rykk og starter fra mange ulike terranes., Gravlagt i den resulterende amalgam er den siste gjenværende testamente tilgjengelig for mesteparten av Jordens historie. Som historie, satt sammen av bergarter som er som så mange levninger biter av et puslespill, har tatt litt tid å sortere ut. Men forståelsen av jordskorpens opprinnelse og utvikling er nå tilstrekkelig å vise at av alle planetene vises Jorda virkelig eksepsjonell. Ved en heldig tilfeldighet av naturen-evne til å opprettholde plate-tektonisk aktivitet-en planeten alene har vært i stand til å generere betydelig flekker av stabil kontinental skorpe at vi finner så praktisk å bo på.

FORFATTER
S., ROSS TAYLOR og SCOTT M. MCLENNAN har jobbet sammen siden 1977 undersøke Jordens jordskorpens utvikling. Taylor har også aktivt fulgt opp månens og planetenes studier og har utgitt mange bøker om planetology. Han er en utenlandsk associate of the National Academy of Sciences. Taylor er for tiden med institutt for jord-og marine sciences ved Australian National University og Månens og Planetenes Institute i Houston. McLennan er professor på institutt for geofag ved Stony Brook University., Hans forskning gjelder det geokjemi av sedimentære bergarter på studier av jordskorpens utvikling på Jorden og Mars. McLennan er medlem av Mars Exploration Rover science team.