Penn State 연구진의 새로운 연구에 따르면 지구 대륙을 안정시키는 고대 구조인 크래톤(cratons)은 안정된 땅 덩어리의 출현뿐만 아니라 암석의 대기 풍화 작용에 의해 시작된 과정을 통해 약 30억년 전에 형성되었다고 합니다. 이는 전통적인 견해에 도전하고 행성의 진화와 생명에 도움이 되는 조건을 이해하는 데 영향을 미칩니다.

크래톤(cratons)으로 알려진 고대의 광대한 대륙 지각은 육지 질량, 산 구성 및 해양 개발의 변화를 통해 수십억 년 동안 지구 대륙을 안정시켜 왔습니다. 펜실베이니아 주립대 과학자들은 약 30억년 전 크래톤의 형성을 설명할 수 있는 새로운 메커니즘을 제안하여 지구 지질학적 역사에 있어 오랫동안 지속되어 온 질문을 밝혀냈습니다.

잡지에 언급된 과학자들 자연 대륙은 지구의 바다에서 안정된 대륙으로 출현하지 않았을 수 있으며, 그 특징은 화강암이 풍부한 상부 지각입니다. 대신, 약 30억년 전 신선한 암석이 바람과 비에 노출되면서 일련의 지질학적 과정이 촉발되어 결국 지각이 안정화되어 지각이 파괴되거나 재설정되지 않고 수십억 년 동안 생존할 수 있게 되었습니다.

과학자들은 이번 발견이 잠재적으로 거주 가능한 지구와 같은 행성이 어떻게 진화하는지에 대한 새로운 이해를 나타낼 수 있다고 말했습니다.

행성 진화에 대한 시사점

“지구와 같은 행성을 만들려면 대륙 지각을 만들어야 하며, 그 지각을 안정시켜야 합니다.” 펜스테이트 대학 지구과학 조교수이자 이번 연구의 저자인 제시 레밍크(Jesse Remink)가 말했습니다. “과학자들은 이것이 같은 것이라고 생각했습니다. 대륙이 안정되고 해수면 위로 출현했다는 것입니다. 그러나 우리가 말하는 것은 그러한 과정이 별개라는 것입니다.

과학자들은 크래톤이 지구 표면에서 상부 맨틀까지 150킬로미터(93마일) 이상 뻗어 있어 보트의 용골처럼 작용하여 지질학적 시간 동안 대륙이 해수면이나 그 근처에 떠 있도록 유지한다고 말했습니다.

풍화 작용은 결국 우라늄, 토륨, 칼륨과 같은 열 발생 원소를 얕은 지각에 집중시켜 더 깊은 지각이 냉각되고 굳어지게 할 수 있습니다. 이 메커니즘은 나중에 변형되는 대륙 바닥을 보호할 수 있는 두껍고 단단한 암석층을 생성했는데, 이는 크래톤의 독특한 특징이라고 과학자들은 말했습니다.

지질 과정 및 열 생산

“대륙 지각을 만들고 안정화시키는 방법에는 작은 열 엔진으로 생각할 수 있는 이러한 열 생성 요소를 표면 근처에 집중시키는 것이 포함됩니다.”라고 Penn State의 지구과학 조교수이자 논문의 저자인 Andrew Smee는 말했습니다. 공부하다. 스테이. “매번 해야 해. 옥수수 우라늄, 토륨, 칼륨이 붕괴하면 지각의 온도를 높일 수 있는 열이 방출됩니다. 뜨거운 베니어는 불안정하고 변형되기 쉽고 제자리에 유지되지 않습니다.

바람, 비, 화학 반응이 초기 대륙의 암석을 깨뜨렸을 때, 퇴적물과 점토 광물이 하천과 강으로 표류하여 바다로 운반되어 고농도의 우라늄, 토륨, 칼륨을 함유한 셰일 같은 퇴적물이 형성되었습니다. . 과학자들은 말했다.

북극 해안에서 발견된 편마암이라고 불리는 이 고대 변성암은 현재 표면에 노출된 대륙의 뿌리를 나타냅니다. 과학자들은 이러한 유형의 암석에 층층이 쌓인 퇴적암이 대륙을 안정시키는 열 엔진을 제공할 것이라고 말했습니다. 크레딧: Jesse Remink

지각판 사이의 충돌로 인해 이 퇴적암은 지각 깊은 곳에 묻혔고, 그곳에서 셰일의 복사열이 하부 지각을 녹였습니다. 녹은 물질은 부유하여 상부 지각으로 다시 올라가서 열을 생성하는 요소를 화강암과 같은 암석에 가두어 하부 지각이 냉각되고 굳어지도록 합니다.

크래톤은 우라늄과 같은 방사성 원소가 약 두 배 빠른 속도로 붕괴하고 오늘날보다 두 배 더 많은 열을 방출하던 시기인 30억~25억년 전에 형성된 것으로 생각됩니다.

Remink는 이 연구가 초기 중간계에서 크래톤이 형성되었던 시기가 크래톤의 안정성을 가져오는 과정에 독특하게 적합했음을 강조한다고 말했습니다.

“우리는 이것을 행성 진화의 문제로 생각할 수 있습니다.”라고 Remink는 말했습니다. “대륙의 생애 초기에 출현하는 것은 지구와 같은 행성을 만드는 데 필요한 핵심 요소 중 하나일 수 있습니다. 왜냐하면 매우 뜨거운 방사성 퇴적물을 생성하고 해수면 근처에 사는 매우 안정적인 대륙 지각 지역을 생성하게 될 것이기 때문입니다. , 생명이 퍼지기에 좋은 환경입니다.”

연구진은 실제 암석 구성을 기반으로 복사열 생산성을 평가하기 위해 크래톤이 형성되었던 시생대 수백 개의 암석 샘플에서 우라늄, 토륨 및 칼륨 농도를 분석했습니다. 그들은 이 값을 사용하여 크래톤 형성에 대한 열 모델을 만들었습니다.

Smay는 “이전에는 사람들이 시간이 지남에 따라 복사열 생성 변화의 효과를 보고 또 살펴봤습니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리의 연구는 암석을 기반으로 한 열 생산을 대륙의 출현, 퇴적물 생성 및 대륙 지각의 분화와 연관시킵니다.”

일반적으로 대륙 내부에서 발견되는 크래톤은 지구상에서 가장 오래된 암석 중 일부를 포함하고 있지만 여전히 연구하기 어렵습니다. 구조적으로 활동적인 지역에서는 산악 벨트가 형성되어 지구 깊은 곳에 묻혀 있던 암석이 표면으로 나올 수 있습니다.

그러나 크래톤의 기원은 지하 깊숙한 곳에 남아 있어 접근이 불가능합니다. 과학자들은 향후 작업에는 고대 크래톤 내부 샘플링과 모델 테스트를 위한 코어 샘플 드릴링이 포함될 것이라고 말했습니다.

“우라늄과 토륨을 농축한 화강암을 녹이고 생성한 변성 퇴적암은 압력과 온도를 기록하는 블랙박스 비행 기록 장치와 같습니다.”라고 Smay는 말했습니다. “이 아카이브를 열 수 있다면 대륙 지각의 이동 경로에 대한 모델의 예측을 테스트할 수 있습니다.”

참고 자료: Jesse R.의 “하층 풍화 안정 대륙” 리밍크와 앤드루 J. 사미, 2024년 5월 8일, 자연.
도이: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State와 미국 국립과학재단은 이 연구에 자금을 지원했습니다.