地球の居住可能な大陸はどのようにして生き残ったのか

W陸上に住む人々は、私たちが昼夜を過ごす大陸を当然のことと考える傾向があります。 しかし、地球の大陸は実際には惑星のような奇妙なものです。 私たちの知る限り、太陽系内、または太陽系外の惑星には、アフリカやオーストラリアのような大きな陸地があり、広大な海によって互いに隔てられている惑星はありません。

私たちの太陽系の他の岩石惑星や衛星には地形的な高低がありますが、地球上の大陸は単に海盆よりも標高が高いだけではありません。 花崗岩はケイ素、ナトリウム、カリウム、ウランが豊富な低密度の岩石で、これらの元素はすべての地殻岩石の究極の供給源であるマントル内にはるかに低い濃度で存在します。

しかし、これらの花崗岩の大陸がどのように正確に形成され、そして生き残ったのかは、長年の謎のままでした。

確かに、それらは一度に形成されたわけではありません。 初期の地球は玄武岩質の地殻だけが存在し、出現した土地は存在しない水の世界だったと考えられています。 40億年前に形成された大陸の最古の基礎は、海底火山から噴火したものであり、海面よりも上昇することはなかった。 しかし、希少元素が豊富なこれらのマグマを蒸留するには、融解と精製を何度も繰り返す必要があります。

新しい論文が入りました 自然 これらの陸塊が今日私たちが知っている強くて耐久性のある大陸になったのは、それ以前ではなく、海から隆起してからのことだということを示唆しています。 著者らは、雨や風による風化により、出現した岩石に放射性元素が集中し、花崗岩に変化するのに十分な熱を生成したと提案している。 この直観に反する発見は、大気と水圏が地球の大陸を形作ったことを示し、居住可能な地球に似た惑星が宇宙の他の場所でどのように進化するかについての洞察を提供する。

大胆にも海の波を乗り越えることで、大陸は長期的な生存を保証しました。

シリカを豊富に含むマグマがマントルから溶け出すにつれて、これらはより厚い天体、つまり地球の海よりも高くそびえ立つようになった浮力のある原大陸に蓄積されただろうと、共著者のジェシー・ライミンク氏とアンドリュー・スマイ氏（ペンシルバニア州立大学地球科学教授）は主張する大学。 風化と浸食という破壊的な力にさらされると、大陸の成長が妨げられるだろう、つまり大陸が空気を求めて浮上したとき、大陸自体が破壊の種を蒔くことになるだろうと想像する人もいるかもしれない。

しかし、代わりに、ライミンクとスマイは、暴露に関連した岩石の破壊が実際には、「クラトン」を現代の大陸の耐久性のある核に固める花崗岩の爆発的な生産の鍵だったと示唆しています。 これらのクラトンはボートの竜骨に例えられ、広大な時間スケールにわたって大陸を海面または海面近くに浮かせ続けます。

Reimink 氏と Smye 氏によると、この驚くべき洞察は「思考実験」から生まれました。 固体地球の長期進化に共通の関心を持つ二人の教授は、大陸の出現と浸食の始まりが地球システムにどのような変化をもたらしたのかについて考えを巡らせていた。 「私たちは自問しました。浸食の産物である堆積物の出現は、世界の仕組みをどのように変えたのでしょうか?」 とライミンクは言った。

浸食は地形を平らにしますが、大陸から塊を除去するのではなく、再分配する傾向があります。 ほとんどの堆積物は、水没した陸塊の側面、つまり大陸棚、または低地の内陸盆地のいずれかに蓄積します。 堆積物が岩石の発生源から最終的な堆積場所に移動する際、そのプロセスは主に河川によって推進されますが、堆積物は水や大気中の二酸化炭素と相互作用し、その化学的性質が変化します。 ナトリウムなどの容易に溶解する元素は溶液中に運び去られ、石英や粘土鉱物の残留物が残り、砂岩や頁岩として堆積します。後者は、あまりエレガントではありませんが、泥岩としても知られています。

アメリカ南西部の岩のアーチやスロットキャニオンを思い浮かべてください。砂岩がよく行うような劇的な景観を形成する傾向はありませんが、泥岩はより豊富で、体積ですべての堆積岩の約 70 パーセントを占めています。 泥岩には、高濃度の不溶性微量元素、特にウランとトリウムが含まれる傾向があり、どちらも放射性であり、したがって熱を発生します。 ライミンクとスマイは、熱を生み出す大量の頁岩や泥岩が風化によって「発明」され、地殻がどのように変化したのか疑問に思いました。

地球の原始的な放射性元素の在庫は、その形成以来減衰し続けています。 30億年前、地球にはかなり多くのウランとトリウムが存在していたので、どの量の泥岩でも現在よりもさらに高温になっていたでしょう。 ライミッヒとスマイは、彼らの思考実験が、「新始生代の花崗岩ブルーム」と呼ばれる、約30億年から25億年前の間に起こった世界規模の地殻融解エピソードの、これまで認識されていなかった熱源を示していることに気づきました。 この間、大量の花崗岩が発生期の大陸の塊に押し込まれ、それらを「接着」して頑丈なクラトンを形成しました。

花崗岩の「ブルーム」の原因についてのこれまでの仮説では、マントルから上昇する熱が考えられていたが、若い大陸であっても、下から発せられる熱を防ぐのに十分な厚さがあったと考えられる。 ライミンクとスマイは代わりに、風化によってできた「熱い」泥岩が初期の大陸地殻に埋もれたり、地殻構造的に折り畳まれたりして、その後、地殻を加熱したのではないかと示唆している。 内で。

著者らは、始生代のもっともらしい量の頁岩と、より大量のウランとトリウムの場合、放射性崩壊が既存の地殻岩石（花崗岩と堆積物の両方）を融解温度まで加熱し、大量の新たな岩石を生成した可能性があることを示すコンピュータモデルの結果を提示している。花崗岩とクラトンの固化。 つまり、頁岩はそれ自体と周囲の岩石を溶けるまで「調理」するのに十分なほど熱く、それらのマグマはずっと前に冷えて、私たちの足の下にほぼ破壊できない地殻を形成しているのです。

言い換えれば、私たちが陸地に住んでいるのは下等な泥のおかげなのかもしれません。

ライミンクとスミイの研究は、大陸が海の波の上に果敢に浮上する際に、熱を生み出す堆積物を手放すことで長期的な生存を確保し、その堆積物が大陸をより強力なものへと鍛え上げたことを示唆している。 この新しい研究は、この惑星の内部と外部の間の予期せぬつながり、つまり地球内部の地殻変動プロセスと地球表面の水文プロセスがどのように連携して、数十億年のタイムスケールにわたって居住可能な条件を維持しているかについての認識の高まりに貢献する。

そして、それは花崗岩や泥を当たり前のことだと考えないようにと思い出させてくれます。

リード画像: Bisams / Shutterstock

• マーシア・ビョルネルド

  投稿日: 2024 年 5 月 14 日

  マーシア・ビョルネルドはローレンス大学の地質学の教授であり、次の本の著者です。 適時性: 地質学者のように考えることが世界を救うのにどのように役立つか。 彼女はアメリカ地質学会のフェローであり、2000 年から 2001 年にはフルブライト奨学生でもありました。

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