Przełomowe odkrycie przez naukowców skał płaszczowych zapewnia nowy wgląd w aktywność wulkaniczną Ziemi, cykle żywiołów i prawdopodobnie początki życia, co oznacza znaczący postęp w naukach o Ziemi.
Międzynarodowy zespół rozpoczął badanie roli płaszcza we wspieraniu życia na Ziemi, napędzaniu wulkanizmu i wpływaniu na cykle globalne.
Naukowcom udało się odzyskać pierwszy długi odcinek skał pochodzących z płaszcza Ziemi, warstwy pod skorupą i największego składnika planety. Zdaniem zespołu badawczego skały te rzucą światło na rolę płaszcza w początkach życia na Ziemi, aktywność wulkaniczną występującą podczas jego topnienia oraz jego wpływ na globalne cykle kluczowych pierwiastków, takich jak węgiel i wodór.
Prawie ciągłe 1268 metrów (4160 stóp) skał płaszcza wydobyto z „okna tektonicznego”, czyli części dna morskiego, w której skały z płaszcza zostały odsłonięte wzdłuż grzbietu środkowoatlantyckiego, podczas wyprawy 399 „Building Blocks of Life, Atlantis Masyw” statku wiertniczego oceanicznego Rezolucja JOIDESA wiosną 2023 r.
Próby podjęte na początku lat 60. XX w. wykazały, że odzysk danych był rekordowym osiągnięciem pod przewodnictwem International Ocean Discovery Program – międzynarodowego konsorcjum badań morskich składającego się z ponad 20 krajów, które wydobywa rdzenie – cylindryczne próbki osadów i skał – z dna oceanu studiować historię Ziemi.
Naukowcy twierdzą, że skały wydobyte z płaszcza są bardziej podobne do tych, które występowały na wczesnej Ziemi, a nie do bardziej powszechnych skał, które tworzą dzisiejsze kontynenty. Źródło: profesor Johan Lissenberg
Analiza odzyskanych skał
Od tego czasu zespół ekspedycyjny sporządza inwentarz odzyskanych skał płaszcza, aby poznać ich skład, strukturę i kontekst.
Wyniki ich badań zaprezentowano w czasopiśmie Naukaujawniają szerszą niż oczekiwano historię topnienia odzyskanych skał.
Główny autor, profesor Johan Lissenberg z Wydziału Nauk o Ziemi i Środowisku Uniwersytetu w Cardiff, powiedział: „Kiedy w zeszłym roku odzyskaliśmy skały, było to główne osiągnięcie w historii nauk o Ziemi, ale co więcej, jego wartość polega na tym, Jądra skał płaszczowych mogą nam powiedzieć o składzie i ewolucji naszej planety. Nasze badania zaczynają się od składu płaszcza poprzez udokumentowanie mineralogii odzyskanych skał, a także ich składu chemicznego. Nasze wyniki różnią się od tego, czego się spodziewaliśmy. W skałach jest znacznie mniej mineralnego piroksenu, a skały mają bardzo wysokie stężenia magnezu, co wynika ze znacznie większych ilości topnienia, niż byśmy przewidywali”.
Profesor Johan Lissenberg (po lewej) i współpracownicy analizujący rdzenie wydobyte z „okna tektonicznego” na grzbiecie środkowoatlantyckim. Źródło: Lesley Anderson, eksp. 399, JRSO_IODP
Topnienie to nastąpiło, gdy płaszcz uniósł się z głębszych części Ziemi w kierunku powierzchni.
Wyniki dalszej analizy tego procesu mogą mieć poważne implikacje dla zrozumienia, w jaki sposób powstaje magma i prowadzi do wulkanizmu – twierdzą naukowcy.
„Odkryliśmy także kanały, którymi stopiony materiał był transportowany przez płaszcz, dzięki czemu jesteśmy w stanie prześledzić losy magmy po jej utworzeniu i przedostaniu się w górę na powierzchnię Ziemi. Jest to ważne, ponieważ mówi nam, w jaki sposób płaszcz topi się i zasila wulkany, szczególnie te na dnie oceanu, które odpowiadają za większość wulkanizmu na Ziemi. Dostęp do skał płaszcza pozwoli nam powiązać wulkany z ostatecznym źródłem ich magmy”.
Potencjalny związek z pochodzeniem życia
Badanie dostarcza również wstępnych wyników dotyczących reakcji oliwinu, minerału występującego powszechnie w skałach płaszcza, z wodą morską, prowadząc do szeregu reakcji chemicznych, w wyniku których powstaje wodór i inne cząsteczki mogące napędzać życie.
Naukowcy uważają, że mógł to być jeden z procesów leżących u podstaw powstania życia na Ziemi.
Doktor Susan Q Lang, pracownik naukowy w dziedzinie geologii i geofizyki w Instytucie Oceanograficznym Woods Hole, która była współprzewodniczącym naukowcem wyprawy i częścią zespołu kontynuującego analizę próbek skał i płynów, powiedziała: „Skały, które zostały obecne na wczesnej Ziemi są bardziej podobne do tych, które odnaleźliśmy podczas tej wyprawy, niż do bardziej powszechnych skał, które dziś tworzą nasze kontynenty.
Ekspedycja 399 „Building Blocks of Life, Atlantis Massif” statku wiertniczego JOIDES Rezolucja, która wiosną 2023 r. wydobyła 1268 m niemal ciągłej skały płaszcza. Źródło: Thomas Ronge (Eksp. 399, JRSO_IODP)
„Analiza ich daje nam krytyczny pogląd na środowiska chemiczne i fizyczne, które istniały na początku historii Ziemi i które mogły zapewnić stałe źródło paliwa i sprzyjające warunki w długich geologicznie okresach, w których mogły istnieć najwcześniejsze formy życia. ”
Międzynarodowy zespół ponad 30 naukowców z wyprawy JOIDES Rezolucja będzie kontynuował badania nad odzyskanymi rdzeniami wiertniczymi, aby rozwiązać szeroki zakres problemów.
Dr Andrew McCaig, profesor nadzwyczajny w Szkole Ziemi i Środowiska na Uniwersytecie w Leeds, który był głównym zwolennikiem Ekspedycji 399 i współprzewodniczącym naukowcem Ekspedycji, dodał: „Wszyscy zaangażowani w Ekspedycję 399, począwszy od pierwszy wniosek w 2018 r., może być dumny z osiągnięć udokumentowanych w tym artykule. Nasza nowa głęboka dziura będzie przez dziesięciolecia sekcją typograficzną obejmującą tak różnorodne dyscypliny, jak procesy topnienia w płaszczu, wymiana chemiczna między skałami a oceanem, geochemia organiczna i mikrobiologia. Wszystkie dane z wyprawy będą w pełni dostępne, co będzie przykładem tego, jak należy prowadzić międzynarodową naukę”.
Odniesienia: „Długi odcinek serpentynizowanego perydotytu zubożonego płaszcza” autorstwa C. Johana Lissenberga, Andrew M. McCaiga, Susan Q. Lang, Petera Bluma, Natsue Abe, Williama J. Brazeltona, Rémi Coltata, Jeremy’ego R. Deansa, Kristin L. Dickerson, Marguerite Godard, Barbara E. John, Frieder Klein, Rebecca Kuehn, Kuan-Yu Lin, Haiyang Liu, Ethan L. Lopes, Toshio Nozaka, Andrew J. Parsons, Vamdev Pathak, Mark K. Reagan, Jordyn A. Robare, Ivan P. Savov, Esther M. Schwarzenbach, Olivier J. Sissmann, Gordon Southam, Fengping Wang, C. Geoffrey Wheat, Lesley Anderson i Sarah Treadwell, 8 sierpnia 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adp1058
