Poznawanie wczesnej Ziemi

Ziemia powstała 4,6 miliarda lat temu, ale znalezienie dowodów na jej wczesny skład i historię jest trudne z powodu nieustannego ewoluowania skorupy i płaszcza Ziemi, których składowe topią się i są ponownie przetwarzane. Dzięki nowym metodom datowania izotopowego, Ambre Luguet z Uniwersytetu w Bonn dowiedziała się więcej na temat pierwszych 750 milionów lat istnienia Ziemi, a zwłaszcza zachowanych w płaszczu Ziemi informacji o procesie formowania skorupy ziemskiej.

Zewnętrzna warstwa Ziemi – skorupa – powstała w wyniku cząstkowego stopienia wewnętrznego płaszcza krzemianowego, który pełni funkcję zasobnika na potrzeby tworzenia skorupy. Do tej pory naszą ograniczoną wiedzę o wydarzeniach związanych z czasem i zakresem formowania się wczesnej skorupy czerpaliśmy z analizy izotopowej cyrkonu występującego w minerałach skorupy. Minerały zostały przetworzone w znacznie młodsze skały, ale na podobieństwo maleńkich kapsuł czasu, zachowują przez miliardy lat informacje izotopowe o swoim wieku i pochodzeniu. „Najwcześniejsze z odkrytych na Ziemi liczą sobie aż 4,36 miliarda lat” – stwierdziła Luguet. Wyjaśnia jednak, że z powodu intensywnego bombardowania, jakiego doświadczyła Ziemia, wiele z wcześnie utworzonych części skorupy mogło zniknąć.

Jak się zatem sprawy mają w przypadku leżącego poniżej płaszcza? „Zważywszy na relację matka-córka łączącą płaszcz i skorupę ziemską, zasadnym jest zacząć od prześledzenia formowania się skorupy z perspektywy płaszcza” – stwierdza Luguet. Zamiast analizować proporcje izotopowe minerałów cyrkonu, przyjrzała się stopom bogatym w osm, platynowcom ciężkim z grupy żelazowców oraz siarczkom takim jak erlichmanit (OsS2 – siarczek osmu), które określa mianem „cyrkonów płaszcza”.

Nowoczesne datowanie izotopowe

Luguet przeprowadziła nowoczesne datowanie izotopowe stopów, platynowców i siarczków z najstarszych skał płaszcza pochodzących z Botswany, Republiki Południowej Afryki i Grenlandii, nazywanych perydotytami, oraz najstarszych skał pochodzących z płaszcza Grenlandii określanych mianem chromitytów. Datowanie izotopowe opiera się na rozpadzie radioaktywnym izotopu renu-187 na osm-187 oraz platyny-190 na osm-186. „Siarczki i platynowce pozostałe w płaszczu po cząstkowym stopieniu mają wysokie stężenie w osmie, ale są przetrzebione w renie, tak więc sygnatura izotopowa osmu-187/osmu-188 odpowiada bezpośrednio okresowi, jaki upłynął od cząstkowego stopienia” – wyjaśnia Luguet.

Nowatorstwo zastosowanej metody, jak wyjaśnia Luguet, polega na wielkości ziaren minerałów, jakie można analizować. „Po raz pierwszy zmierzyliśmy skład izotopowy siarczków o wielkości poniżej 20 mikrometrów. Do tej pory naukowcy stosowali ablację laserową, która tak naprawdę ogranicza wielkość analizowanych siarczków do 80-100 mikrometrów. Tymczasem my wyekstrahowaliśmy ziarna siarczków ze skały macierzystej za pomocą mikroekstrakcji, która polega na wydrążeniu pierścienia wokół siarczku i wybraniu go”. Nowa metoda pozwala uniknąć niektórych błędów, które zdarzają się przy analizie wyłącznie większych ziaren, gdyż pozwala pobrać próbki faktycznej złożoności i heterogeniczności składów izotopowych, umożliwiając ostatecznie wyciągnięcie precyzyjniejszych wniosków.

Zachowane sygnatury topienia cząstkowego

„Dowiedzieliśmy się, że płaszcz Ziemi zachowuje sygnatury topienia cząstkowego w minerałach bogatych w osm; najstarsze takie zdarzenie miało miejsce 4,36 miliarda lat temu” – zauważa Luguet. Ten wynik jest zbieżny z najstarszym, odnotowanym wiekiem formowania się skorupy na podstawie danych izotopów cyrkonu. Luguet dodaje, że to, co nazywa „genetyczną” relacją matka-córka między topieniem cząstkowym a zdarzeniami formowania się płaszcza i skorupy było wiadome na podstawie próbek, liczących mniej niż 3,8 miliarda lat. „Teraz wykazaliśmy także jej istnienie już kilkaset milionów lat po powstaniu Ziemi”.

Więcej informacji:
strona projektu w serwisie CORDIS