Odzyskiwanie rekordowych skał płaszcza może na nowo zdefiniować historię Ziemi

Międzynarodowy zespół rozpoczął badanie roli płaszcza we wspieraniu życia na Ziemi, stymulowaniu aktywności wulkanicznej i wpływaniu na cykle globalne.

Naukowcom udało się odzyskać pierwszy długi fragment skały pochodzącej z płaszcza Ziemi, warstwy pod skorupą i największego składnika planety. Oczekuje się, że skały te rzucą światło na rolę płaszcza w początkach życia na Ziemi, aktywność wulkaniczną występującą podczas jego topnienia i jego wpływ na globalne cykle ważnych pierwiastków, takich jak węgiel i wodór, jak wynika z badań zespół.

Podczas wyprawy 399 „Building Blocks of Life, Atlantis Block” wydobyto 1268 m (4160 stóp) prawie ciągłej skały płaszcza z „okna tektonicznego”, czyli części dna morskiego, w której odsłonięte zostały skały płaszcza wzdłuż grzbietu środkowoatlantyckiego wiercenie statku w oceanie Decyzja Guedesa Wiosną 2023 r.

Próby podjęte na początku lat 60. XX wieku wykazały, że wydobycie okazało się rekordowym osiągnięciem pod przewodnictwem International Ocean Discovery Programme – międzynarodowego konsorcjum badań morskich składającego się z ponad dwudziestu krajów, które odzyskuje do badań cylindryczne próbki osadów i skał z dna oceanu. Historia Ziemi.

Naukowcy twierdzą, że skały wydobyte z płaszcza są bardziej podobne do tych znalezionych na wczesnej Ziemi, a nie do bardziej powszechnych skał, które dziś tworzą nasze kontynenty. Źródło zdjęcia: profesor Johan Lisenberg

Analiza odzyskanych skał

Od tego czasu zespół wykonujący misję sporządził inwentarz skał ekshumowanych z płaszcza, aby poznać ich skład, strukturę i kontekst.

Wyniki ich badań zaprezentowano w czasopiśmie naukiBadanie to ujawnia dłuższą historię rozpuszczania w odzyskanych skałach, niż oczekiwano.

Główny autor, profesor Johan Lisenberg z Wydziału Nauk o Ziemi i Środowisku Uniwersytetu w Cardiff, powiedział: „Kiedy w zeszłym roku odzyskaliśmy skały, był to poważny przełom w historii nauk o Ziemi, ale co ważniejsze, ich wartość polega na tym, jakie rdzenie skalne otaczają płaszcz” może nam powiedzieć o powstaniu i ewolucji naszej planety”. Nasze badania rozpoczynamy od przyjrzenia się składowi płaszcza poprzez udokumentowanie minerałów w odzyskanych skałach, a także ich składu chemicznego. W skałach jest znacznie mniej piroksenu i skały zawierają bardzo wysokie stężenia magnezu, które wynikają ze znacznie większego topnienia, niż się spodziewaliśmy”.

Profesor Johan Lissenberg (po lewej) wraz ze współpracownikami analizuje rdzenie wydobyte z „okna tektonicznego” na grzbiecie środkowoatlantyckim. Źródło zdjęcia: Leslie Anderson, Exp. 399, JRSO_IODP

Topnienie to nastąpiło, gdy płaszcz uniósł się z głębin Ziemi w stronę powierzchni.

Wyniki dalszej analizy tego procesu mogą mieć poważne implikacje dla zrozumienia, w jaki sposób powstaje magma i w jaki sposób prowadzi ona do aktywności wulkanicznej – twierdzą naukowcy.

„Odkryliśmy także kanały, którymi magma była transportowana przez płaszcz, dzięki czemu mogliśmy prześledzić losy magmy po jej utworzeniu i przeniesieniu się na powierzchnię Ziemi. Jest to ważne, ponieważ mówi nam, w jaki sposób płaszcz topi się i zasila zwłaszcza wulkany te na dnie oceanu, które odpowiadają za większość aktywności wulkanicznej na Ziemi. „Dostęp do skał płaszcza pozwoli nam ustalić powiązanie między wulkanami a ostatecznym źródłem magmy”.

Możliwe powiązanie z pochodzeniem życia

Badanie dostarcza również wstępnych wyników dotyczących sposobu, w jaki perydot, minerał występujący powszechnie w skałach płaszcza, wchodzi w interakcję z wodą morską, wywołując szereg reakcji chemicznych, w wyniku których powstaje wodór i inne cząsteczki mogące napędzać życie.

Naukowcy uważają, że mógł to być jeden z podstawowych procesów powstania życia na Ziemi.

„Skały obecne na wczesnej Ziemi są bardzo podobne do tych, które podczas tej wyprawy wydobyliśmy z najpospolitszych skał, które dziś tworzą nasze kontynenty.

Ekspedycja 399 „Elementy życia, blok Atlantydy” statku wiertniczego JOIDES Rezolucja odsłoniła wiosną 2023 r. 1268 metrów niemal ciągłej skały płaszczowej. Prawa autorskie: Thomas Runge (Ekspedycja 399, JRSO_IODP)

„Analiza tych danych daje nam krytyczny wgląd w środowiska chemiczne i fizyczne, które istniały na początku historii Ziemi i które mogły zapewniać stałe źródło paliwa i sprzyjające warunki w długich okresach geologicznych, w których mogły istnieć najwcześniejsze formy życia”.

Międzynarodowy zespół ponad 30 naukowców z misji JOIDES Rezolucja będzie kontynuował badania nad odzyskanymi próbkami kraterów, aby rozwiązać szeroki zakres problemów.

Dr Andrew McCaig, profesor nadzwyczajny w Szkole Ziemi i Środowiska na Uniwersytecie w Leeds, który był głównym zwolennikiem Ekspedycji 399 i współprzewodniczącym naukowcem misji, dodał: „Wszyscy zaangażowani w Ekspedycję 399, począwszy od pierwszej propozycji w 2018 r. może być dumny z osiągnięć udokumentowanych w tym artykule.” „Nasza nowa głęboka dziura będzie przez dziesięciolecia sekcją przełomową w dziedzinach tak różnorodnych, jak procesy topienia płaszcza, wymiana chemiczna między skałami a oceanem, geochemia organiczna i mikrobiologii. Wszystkie dane z misji będą w pełni dostępne i stanowią model tego, jak należy prowadzić międzynarodową naukę”.

Odniesienie: „Długi odcinek serpentynizowanego zubożonego perydotytu” autorstwa C. Johana Lissenberga, Andrew M. McCaig, Susan Q. Lange, Petera Bluma, Natsuo Abe, Williama J. Brazelton, Remy Coltat, Jeremy R. Dziekani, Krystyna L. Dickersona, Margaret Godard, Barbary E. John, Frieder Klein, Rebecca Cohen, Kuan-Yu Lin, Haiyang Liu, Ethan L. Lopez, Toshio Nozaka, Andrew J. Parsons, Vamdev Pathak, Mark K. Regan, Jordyn A. RubaryEvan B. Savov, Estera M. Schwarzenbach, Olivier J. Sisman, Gordon Southam, Fengping Wang, C. Jeffrey Witt, Leslie Anderson i Sarah Treadwell, 8 sierpnia 2024 r., nauki.
DOI: 10.1126/science.adp1058