Shkëmbinjtë e pasur me hekur zbulojnë njohuri të reja në historinë planetare të Tokës

Shtresat vizualisht goditëse të portokallisë së djegur, të verdhë, argjendi, kafe dhe të zezë me nuancë blu janë karakteristike për formacionet e hekurit me shirita, shkëmbinj sedimentarë që mund të kenë shkaktuar disa nga shpërthimet më të mëdha vullkanike në historinë e Tokës, sipas një studimi të ri nga Universiteti Rice.

Shkëmbinjtë përmbajnë okside hekuri që u fundosën në fundin e oqeaneve shumë kohë më parë, duke formuar shtresa të dendura që përfundimisht u kthyen në gur. Studimi i botuar këtë javë në Nature Geoscience sugjeron se shtresat e pasura me hekur mund të lidhin ndryshimet e lashta në sipërfaqen e Tokës – si shfaqja e jetës fotosintetike – me proceset planetare si vullkanizmi dhe tektonika e pllakave.

Përveç lidhjes së proceseve planetare që përgjithësisht mendohej se ishin të palidhura, studimi mund të riformulojë të kuptuarit e shkencëtarëve për historinë e hershme të Tokës dhe të sigurojë një pasqyrë të proceseve që mund të prodhojnë ekzoplanete të banueshme larg sistemit tonë diellor.

“Këta shkëmbinj tregojnë – fjalë për fjalë – historinë e një mjedisi planetar në ndryshim,” tha Duncan Keller, autori kryesor i studimit dhe një studiues postdoktoral në Departamentin e Tokës, Mjedisit dhe Shkencave Planetare të Rice. “Ato mishërojnë një ndryshim në kiminë atmosferike dhe të oqeanit.”

Formacionet e hekurit me shirita janë sedimente kimike të precipituara drejtpërdrejt nga uji i lashtë i detit i pasur me hekur të tretur. Veprimet metabolike të mikroorganizmave, duke përfshirë fotosintezën, mendohet se kanë lehtësuar reshjet e mineraleve, të cilat me kalimin e kohës formuan shtresë më shtresë së bashku me kërpudhat (dioksid silikoni mikrokristalor). Depozitat më të mëdha u formuan si oksigjen i grumbulluar në atmosferën e Tokës rreth 2.5 miliardë vjet më parë.

“Këta shkëmbinj u formuan në oqeanet e lashta dhe ne e dimë se ato oqeane më vonë u mbyllën anash nga proceset tektonike të pllakave,” shpjegoi Keller.

Manteli, megjithëse i ngurtë, rrjedh si një lëng me shpejtësinë e rritjes së thonjve. Pllakat tektonike – seksione të kores dhe mantelit të sipërm me madhësi kontinenti – janë vazhdimisht në lëvizje, kryesisht si rezultat i rrymave të konvekcionit termik në mantel. Proceset tektonike të Tokës kontrollojnë ciklet e jetës së oqeaneve.

“Ashtu si Oqeani Paqësor po mbyllet sot – po zhytet nën Japoni dhe nën Amerikën e Jugut – pellgjet e lashta të oqeanit u shkatërruan tektonikisht,” tha ai. “Këta shkëmbinj ose duhej të shtyheshin lart në kontinente dhe të ruheshin – dhe ne shohim disa të ruajtur, prej nga vijnë ata që po shohim sot – ose të zhyten në mantel.”

Për shkak të përmbajtjes së tyre të lartë të hekurit, formacionet e hekurit me shirita janë më të dendur se manteli, gjë që e bëri Keller të pyeste nëse copa të zhytura të formacioneve u fundosën deri në fund dhe u vendosën në rajonin më të ulët të mantelit afër majës së bërthamës së Tokës. Atje, nën temperaturë dhe presion të jashtëzakonshëm, ata do të kishin pësuar ndryshime të thella pasi mineralet e tyre merrnin struktura të ndryshme.

“Ka disa punë shumë interesante mbi vetitë e oksideve të hekurit në ato kushte,” tha Keller. “Ata mund të bëhen shumë të përçueshëm termikisht dhe elektrikisht. Disa prej tyre transferojnë nxehtësinë po aq lehtë sa metalet. Kështu që është e mundur që, sapo të futen në mantelin e poshtëm, këta shkëmbinj të shndërrohen në gunga jashtëzakonisht përçuese si pllaka të nxehta.”

Keller dhe bashkëpunëtorët e tij parashtrojnë se rajonet e pasuruara me formacione hekuri të zhytur mund të ndihmojnë në formimin e shtëllungave të mantelit, duke ngritur kanalet e shkëmbinjve të nxehtë mbi anomalitë termike në mantelin e poshtëm që mund të prodhojnë vullkane të mëdha si ato që formuan Ishujt Havai.

“Nën Hawaii, të dhënat sizmologjike na tregojnë një kanal të nxehtë të mantelit në rritje,” tha Keller. “Imagjinoni një pikë të nxehtë në djegësin tuaj të sobës. Ndërsa uji në tenxheren tuaj po zien, do të shihni më shumë flluska mbi një kolonë uji në rritje në atë zonë. Shtullat e mantelit janë një lloj versioni gjigant i kësaj.”

“Ne shikuam epokat e depozitimit të formacioneve të hekurit me shirita dhe moshat e ngjarjeve të mëdha të shpërthimeve bazaltike të quajtura provinca të mëdha magmatike dhe zbuluam se ekziston një korrelacion,” tha Keller. “Shumë nga ngjarjet magmatike – të cilat ishin aq masive sa 10 ose 15 më të mëdhatë mund të kenë qenë të mjaftueshme për të rishfaqur të gjithë planetin – u paraprinë nga depozitimi i formimit të hekurit në intervale prej afërsisht 241 milion vjetësh, jep ose merr 15 milion. Është një korrelacion i fortë me një mekanizëm që ka kuptim.”

Studimi tregoi se kishte një gjatësi të besueshme kohore që formacionet e hekurit me shirita fillimisht të tërhiqeshin thellë në mantelin e poshtëm dhe më pas të ndikonin në rrjedhën e nxehtësisë për të çuar një shtëllungë drejt sipërfaqes së Tokës mijëra kilometra më lart.

Në përpjekjen e tij për të gjurmuar udhëtimin e formacioneve prej hekuri me shirita, Keller i kapërceu kufijtë disiplinorë dhe u përball me njohuri të papritura.

“Nëse ajo që po ndodh në oqeanet e hershme, pasi mikroorganizmat ndryshojnë kimikisht mjediset sipërfaqësore, në fund të fundit krijon një derdhje të madhe llave diku tjetër në Tokë 250 milionë vjet më vonë, kjo do të thotë se këto procese janë të lidhura dhe ‘flasin’ me njëri-tjetrin,” tha Keller. “Kjo gjithashtu do të thotë se është e mundur që proceset e ndërlidhura të kenë shkallë të gjatësisë që janë shumë më të mëdha nga sa prisnin njerëzit. Për të qenë në gjendje të konkludojmë këtë, na është dashur të nxjerrim të dhëna nga shumë fusha të ndryshme në mineralogji, gjeokimi, gjeofizikë dhe sedimentologji.”

Keller shpreson se studimi do të nxisë kërkime të mëtejshme. “Shpresoj që kjo t’i motivojë njerëzit në fusha të ndryshme që prek,” tha ai. “Unë mendoj se do të ishte vërtet interesante nëse kjo do t’i bënte njerëzit të flisnin me njëri-tjetrin në mënyra të reja rreth asaj se si janë të lidhura pjesë të ndryshme të sistemit të Tokës.”

Keller është pjesë e programit CLEVER Planets: Cicles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets, një grup shkencëtarësh ndërdisiplinor, shumë-institucional i udhëhequr nga Rajdeep Dasgupta, profesor W. Maurice Ewing i Rice i Shkencës së Sistemeve të Tokës në Departamentin e Tokës, Shkenca mjedisore dhe planetare.

“Ky është një bashkëpunim jashtëzakonisht ndërdisiplinor që po shikon se si elementët e paqëndrueshëm që janë të rëndësishëm për biologjinë – karboni, hidrogjeni, azoti, oksigjeni, fosfori dhe squfuri – sillen në planetë, në mënyrën se si planetët i marrin këta elementë dhe rolin që ata luajnë në krijimin e mundshëm të planetëve. i banueshëm”, tha Keller.

“Ne po përdorim Tokën si shembullin më të mirë që kemi, por po përpiqemi të kuptojmë se çfarë mund të thotë prania ose mungesa e një ose disa prej këtyre elementeve për planetët në përgjithësi,” shtoi ai.