확고한 안정: 연구에서 대륙이 어떻게 안정화되었는지 설명하는 새로운 메커 니즘이 밝혀졌습니다.

크래톤(cratons)이라고 불리는 고대의 광대한 대륙 지각은 대륙이 이동하고 산이 솟아오르고 바다가 형성되는 동안에도 수십억 년 동안 지구 대륙을 안정적으로 유지하는 데 도움을 주었습니다. Penn State 과학자들이 제안한 새로운 메커니즘은 지구 역사 연구에서 지속적인 질문인 약 30억 년 전에 크래톤이 어떻게 형성되었는지 설명할 수 있습니다.

과학자들은 오늘(5월 8일) 저널에 보고했습니다. 자연 대륙은 화강암이 풍부한 상부 지각이 특징인 안정된 대륙으로 지구의 바다에서 출현하지 않았을 수도 있습니다. 오히려, 약 30억년 전 신선한 암석이 바람과 비에 노출되면서 궁극적으로 지각이 안정화되는 일련의 지질학적 과정이 촉발되었습니다. 즉, 지각이 파괴되거나 재설정되지 않고 수십억 년 동안 생존할 수 있게 되었습니다.

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

“지구와 같은 행성을 만들려면 대륙 지각을 만들어야 하며, 그 지각을 안정시켜야 합니다.”라고 이번 연구의 저자이자 펜실베니아 주립대 지구과학 조교수인 제시 레이민크(Jesse Reimink)는 말했습니다. “과학자들은 대륙이 안정되고 해수면 위로 솟아오르는 것을 같은 것으로 생각했습니다. 그러나 우리가 말하는 것은 이러한 과정이 별개라는 것입니다.”

크래톤은 지구 표면에서 상부 맨틀까지 150킬로미터(93마일) 이상 뻗어 있으며, 여기서 크래톤은 지질 시대에 걸쳐 대륙을 해수면이나 해수면 근처에 떠 있게 유지하면서 보트의 용골처럼 작용한다고 과학자들은 말했습니다.

풍화 작용으로 인해 우라늄, 토륨, 칼륨과 같은 열 생성 원소가 얕은 지각에 집중되어 더 깊은 지각이 냉각되고 굳어질 수 있습니다. 이 메커니즘은 대륙의 바닥이 나중에 변형되는 것을 방지할 수 있는 두껍고 단단한 암석층을 생성했는데, 이는 크래톤의 특징이라고 과학자들은 말했습니다.

“대륙 지각을 만들고 안정화시키는 방법에는 작은 열 엔진으로 생각할 수 있는 이러한 열 생성 요소를 표면에 매우 가깝게 집중시키는 것이 포함됩니다.”라고 Penn State의 지구과학 부교수이자 저자인 Andrew Smye는 말했습니다. 연구의. “우라늄, 토륨 또는 칼륨 원자가 붕괴할 때마다 지각의 온도를 높일 수 있는 열을 방출하기 때문에 그렇게 해야 합니다. 뜨거운 지각은 불안정합니다. 변형되기 쉽고 달라붙지 않습니다.”

초기 대륙에서는 바람, 비, 화학 반응이 암석을 분해하면서 퇴적물과 점토 광물이 하천과 강으로 씻겨져 바다로 운반되어 우라늄, 토륨, 칼륨 농도가 높은 셰일과 같은 퇴적물이 생성되었습니다. 과학자들은 말했다.

지각판 사이의 충돌로 인해 이러한 퇴적암이 지각 깊은 곳에 묻혔고, 셰일에 의해 방출된 방사성 열이 하부 지각의 용해를 촉발시켰습니다. 용융물은 부력을 갖고 상부 지각으로 다시 상승하여 열을 생성하는 요소를 화강암과 같은 암석에 가두어 하부 지각이 냉각되고 굳어지도록 했습니다.

크래톤은 30억~25억년 전에 형성된 것으로 추정됩니다. 이 시기는 우라늄과 같은 방사성 원소가 오늘날보다 약 두 배 빠른 속도로 붕괴하고 두 배의 열을 방출했던 시기입니다.

이 연구는 중간계 초기에 크래톤이 형성된 시기가 크래톤을 안정하게 만드는 과정에 독특하게 적합했다는 점을 강조한다고 레이민크는 말했다.

“우리는 이것을 행성의 진화에 관한 질문으로 생각할 수 있습니다”라고 Reimink는 말했습니다. “지구와 같은 행성을 만드는 데 필요한 핵심 요소 중 하나는 수명의 비교적 초기에 대륙이 출현하는 것일 수 있습니다. 왜냐하면 매우 뜨겁고 매우 안정적인 대륙 지각을 생성하는 방사성 퇴적물을 생성하게 되기 때문입니다. 해수면 근처에 서식하며 생명 번식에 좋은 환경입니다.”

연구진은 실제 암석 구성에 기초한 방사성 열 생산성을 평가하기 위해 크래톤이 형성되었던 시생대 암석 샘플 수백 개에서 우라늄, 토륨, 칼륨 농도를 분석했습니다. 그들은 이 값을 사용하여 크래톤 형성에 대한 열 모델을 만들었습니다.

Smye는 “이전에는 사람들이 시간에 따른 방사성 열 생산 변화의 영향을 살펴보고 고려했습니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리 연구는 암석을 기반으로 한 열 생산을 대륙의 출현, 퇴적물의 생성 및 대륙 지각의 분화와 연관시킵니다.”

일반적으로 대륙 내부에서 발견되는 크래톤에는 지구상에서 가장 오래된 암석이 포함되어 있지만 연구하기가 여전히 어렵습니다. 구조적으로 활동적인 지역에서는 산악지대가 형성되면서 한때 지하 깊은 곳에 묻혀 있던 암석이 표면으로 올라올 수도 있습니다.

그러나 크래톤의 기원은 지하 깊은 곳에 남아 있어 접근이 불가능합니다. 과학자들은 향후 연구에는 고대 크래톤 내부를 샘플링하고 아마도 모델을 테스트하기 위해 코어 샘플을 드릴링하는 작업이 포함될 것이라고 말했습니다.

Smye는 “우라늄과 토륨을 농축하는 화강암을 녹여 생성한 변성 퇴적암은 압력과 온도를 기록하는 블랙박스 비행 기록 장치와 같습니다.”라고 말했습니다. “그리고 해당 아카이브를 잠금 해제할 수 있다면 대륙 지각의 비행 경로에 대한 모델의 예측을 테스트할 수 있습니다.”

Penn State와 미국 국립과학재단은 이 연구에 자금을 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240508113136.htm