ペンシルベニア州立大学とコロンビア大学の研究者らが、地球の安定した大陸は下部地殻で900℃を超える極端な高温によって形成されたことを発見した。このプロセスには、放射性元素が上向きに移動して陸塊を冷却・強化するものが含まれていた。この発見は、鉱物分布と惑星の居住可能性についての洞察も提供する。
数十億年にわたり、地球の大陸は生命の安定した基盤を提供してきましたが、科学者たちはその耐久性に長年困惑してきました。Nature Geoscienceに掲載された新しい研究では、長期的な大陸地殻の形成には、惑星の下部地殻で900℃を超える温度が必要だったと説明されています。これらの超高温では、ウラン、トリウム、カリウムなどの放射性元素が上向きに移動しました。それらが崩壊する際、熱を生成しましたが、深い層から熱を運び去ることで、下部地殻が冷却、固化、強化されるようになりました。
今日存在する大陸地殻は約30億年前に形成を始め、よりシリコンに乏しい初期のバージョンから進化しました。この研究では、このプロセスが以前の推定より約200℃高い温度を必要としたことを示しています。筆頭著者のアンドリュー・スマイ、ペンシルベニア州立大学地質学准教授は、これを鋼の鍛造に例えました：「金属は、はんまの打撃で機械的に成形できるほど柔らかくなるまで加熱されます。この極端な温度下での金属の変形プロセスは、金属の構造を再配列し、不純物を除去します—これら両方が金属を強化し、鍛造鋼を定義する材料の靭性を生み出します。同様に、山脈帯の形成中に適用されるテクトニックフォースが、大陸を鍛造します。」
これらの結論に達するため、チームはヨーロッパのアルプスと米国南西部から数百の岩石サンプルを分析し、メタ堆積岩とメタイグニス岩に焦点を当てました。彼らは高温および超高温条件のサンプルを比較し、900℃以上で溶融した岩石がウランとトリウムを大幅に少ない量で含むことを発見しました。スマイは指摘しました：「これほど多くの異なる場所の岩石で一貫したシグナルを見るのは珍しいです。これは『自然がここで何かを伝えようとしている』と思うようなユーレカの瞬間の一つです。」
地球の歴史の初期には、放射性熱生成が今日の約2倍で、このような激しい鍛造を可能にしました。今日では、熱が少なく、安定した地殻の形成は可能性が低いでしょう。地質学を超えて、この研究はこれらのプロセスで再分布されたリチウム、錫、タングステンなどの重要鉱物の位置特定を助け、これらはスマートフォンや電気自動車を含む技術に不可欠です。スマイは説明しました：「安定した大陸は居住可能性の前提条件ですが、その安定を得るためには冷却する必要があります。」これは、類似の熱駆動メカニズムを持つ居住可能な系外惑星の特定にも役立つ可能性があります。