Forskare från Penn State och Columbia University har upptäckt att jordens stabila kontinenter bildades genom extrem värme över 900 grader Celsius i den nedre skorpan. Denna process involverade radioaktiva element som migrerade uppåt för att kyla och stärka landmassorna. Resultaten ger också insikter i mineraldistribution och planetarisk beboelighet.
I miljarder år har jordens kontinenter tillhandahållit en stabil grund för livet, men forskare har länge undrat över deras uthållighet. En ny studie publicerad i Nature Geoscience förklarar att bildandet av långlivad kontinental skorpa krävde temperaturer över 900 grader Celsius i planetens nedre skorpa. Vid dessa ultrahöga temperaturer förflyttades radioaktiva element som uran, torium och kalium uppåt. När de sög sönder genererade de värme men förde också bort den från djupare lager, vilket tillät den nedre skorpan att kylas, stelna och få styrka.
Den kontinentala skorpan som den ser ut idag började formas för cirka 3 miljarder år sedan och utvecklades från en tidigare, mindre kiselrik version. Forskningen visar att denna process krävde temperaturer runt 200 grader Celsius varmare än tidigare uppskattningar. Huvudförfattaren Andrew Smye, biträdande professor i geovetenskap vid Penn State, jämförde det med att smida stål: "Metallen värms upp tills den blir tillräckligt mjuk för att kunna formas mekaniskt med hammarslag. Denna process av att deformera metallen under extrema temperaturer omarrangerar metallens struktur och tar bort orenheter—båda stärker metallen och leder till materialets seghet som definierar smidat stål. På samma sätt smider tektoniska krafter som appliceras under skapandet av bergskedjor kontinenterna."
För att nå dessa slutsatser analyserade teamet hundratals bergartsprover från Alperna i Europa och sydvästra USA, med fokus på metasedimentära och metaigneösa bergarter. De jämförde prover från hög- och ultrahögtemperaturförhållanden och fann att bergarter som smälte över 900°C innehöll betydligt lägre mängder uran och torium. Smye noterade: "Det är sällsynt att se en konsekvent signal i bergarter från så många olika platser. Det är en av de där eureka-ögonblicken när man tänker 'naturen försöker säga oss något här.'"
Tidigare i jordens historia var den radioaktiva värmeproduktionen ungefär dubbelt så hög som dagens nivåer, vilket möjliggjorde en sådan intensiv smide. Idag, med mindre värme, skulle bildandet av stabil skorpa vara mindre troligt. Bortom geologi hjälper studien till att lokalisera kritiska mineraler som litium, tenn och volfram, som omfördelats av dessa processer och som är vitala för teknologier inklusive smartphones och elbilar. Smye förklarade: "Stabila kontinenter är en förutsättning för beboelighet, men för att de ska få den stabiliteten måste de kylas ner." Detta kan också hjälpa till att identifiera beboeliga exoplaneter med liknande värmedrivna mekanismer.