Ontdekking van de samenstelling van de eerste aardkorst herschrijft de geologische tijdlijn

Continentaal bewijs: Moderne continentale rotsen dragen chemische handtekeningen van het allereerste begin van de geschiedenis van onze planeet, wat de huidige theorieën over plaattectonica uitdaagt.

Onderzoekers hebben een nieuwe ontdekking gedaan die onze kennis van de vroege geologische geschiedenis van de aarde verandert en onze overtuigingen over hoe onze continenten zijn gevormd en wanneer plaattectonica begon, uitdaagt.

Een studie gepubliceerd in Nature onthult dat de eerste korst van de aarde, gevormd ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, waarschijnlijk chemische kenmerken had die opmerkelijk lijken op de hedendaagse continentale korst. Dit suggereert dat de unieke chemische handtekening van onze continenten al aan het begin van de geschiedenis van de aarde werd vastgesteld.

Professor Emeritus Simon Turner van de Faculteit Wetenschap en Ingenieurswetenschappen aan de Macquarie Universiteit leidde de studie, die ook onderzoekers uit andere delen van Australië, het VK en Frankrijk omvatte. “Deze ontdekking heeft grote implicaties voor hoe we denken over de vroegste geschiedenis van de aarde,” zegt professor Turner. “Wetenschappers dachten lange tijd dat tectonische platen onder elkaar moesten duiken om de chemische vingerafdruk te creëren die we in continenten zien. Onze onderzoek toont aan dat deze vingerafdruk bestond in de allereerste korst van de aarde, de protokorst—wat betekent dat die theorieën heroverwogen moeten worden,” legt professor Turner uit.

Herzien van de vroege vorming van de aarde

Decennialang hebben wetenschappers geprobeerd te achterhalen wanneer plaattectonica voor het eerst begon, wat de vroegste evolutie van leven markeert. De chemische handtekening van rotsen die gevormd zijn in subductiezones (waar de ene plaat onder de andere glijdt) is kenmerkend door de lage hoeveelheid van het element niobium. Wetenschappers dachten dat het vinden van de leeftijd van de oudste laag- niobium rotsen de sleutel was tot het identificeren van het begin van de plaattectonica; maar terwijl verschillende onderzoeksteams dit probeerden te traceren, waren de resultaten van elk onderzoek opmerkelijk inconsistent.

“Ik begon me af te vragen of we de juiste vraag stelden,” zegt professor Turner. Samen met samenwerkende onderzoekers van zes universiteiten creëerde hij wiskundige modellen die de vroege aardeomstandigheden simuleerden toen de kern van de aarde zich vormde en een oceaan van gesmolten gesteente het oppervlak van de planeet bedekte. De berekeningen van het team toonden aan dat de protokorst—de vroegste korst van de aarde gevormd tijdens het Hadeïsche eon (4,5–4,0 miljard jaar geleden)—natuurlijk dezelfde chemische handtekeningen zou ontwikkelen die we vandaag in continenten aantreffen, zonder dat plaattectonica nodig was om ze te creëren.

Scheikundige aanwijzingen voor vorming

De eerste resultaten van het model toonden aan dat onder de reducerende omstandigheden van de vroege aarde, het element niobium siderofiel zou worden, ofwel aangetrokken tot metaal, en door de wereldwijde magma-oceaan naar de kern van de aarde zou zinken. “Ik realiseerde me dat er een verband zou kunnen zijn tussen de vroege vorming van de kern, hoge siderofiele elementpatronen, en de beruchte negatieve niobiumanomalie die in de continentale korst wordt waargenomen,” zegt professor Turner. De kenmerkende handtekening van de continentale korst kwam overeen met de waarschijnlijke handtekening van materiaal dat uit de mantel was gehaald na de vorming van de kern, maar vóórdat meteorieten de vroege aarde bombardeerden—wat het mysterie oplost waarom de chemische handtekening in bijna alle continentale rotsen voorkomt, ongeacht de leeftijd.

De evolutie van de vroege aarde

“Onze onderzoek toont aan dat de chemische handtekeningen die we in de continentale korst zien, zijn ontstaan in de vroegste periode van de aarde—ongeacht hoe het oppervlak van de planeet zich gedroeg,” zegt professor Turner. “Deze vroege korst werd hergevormd en rijker aan silica dankzij een combinatie van meteorietinslagen, stukken korst die afschilferden, en het begin van plaatbewegingen.” De eerste korst brak waarschijnlijk in stukken die op sommige plaatsen dikker werden, wat de oorsprong van continenten vormde. Terwijl deze stukken zijwaarts bewogen, creëerde de gesmolten magma tussen hen een korst die lijkt op wat we tegenwoordig in oceaanvloeren vinden.

Meteorietinslagen en plaattectonica

De zware meteorietbombardementen tijdens deze vroege periode veroorzaakten uitgebreide verstoringen en recycling van de korst. Plaattectonica werkte mogelijk in schokken en stoten, geactiveerd door meteorietinslagen tot ongeveer 3,8 miljard jaar geleden, toen de meteorietbombardementen dramatisch afnamen terwijl de chaos van het vroege zonnestelsel plaats maakte voor meer ordelijke banen. Plaattectonica viel toen in een continue, zelfondersteunende patroon. “Deze ontdekking verandert volledig ons begrip van de vroegste geologische processen van de aarde,” zegt professor Turner. “Het biedt ons ook een nieuwe manier om na te denken over hoe continenten zich zouden kunnen vormen op andere rotsachtige planeten in het universum.”