Πώς η θερμότητα των 900°C δημιούργησε τις σταθερές ηπείρους της Γης

Για περισσότερο από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, οι ήπειροι της Γης παραμένουν το θεμέλιο πάνω στο οποίο χτίστηκαν βουνά, οικοσυστήματα και τελικά ο ανθρώπινος πολιτισμός. Ωστόσο, ο λόγος που αυτές οι τεράστιες μάζες στεριάς διατηρούνται σταθερές για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα αποτελούσε ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της γεωλογίας. Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων από το Penn State και το Columbia University πιστεύει ότι βρήκε την απάντηση – και το κλειδί δεν είναι άλλο από τη θερμότητα.

Σύμφωνα με νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Geoscience, η δημιουργία ηπειρωτικής κρούστας που θα μπορούσε να επιβιώσει για δισεκατομμύρια χρόνια απαιτούσε ακραίες θερμοκρασίες — πάνω από 900 βαθμούς Κελσίου — στα βαθύτερα στρώματα του φλοιού της Γης. Μέσα σε αυτές τις θερμοκρασίες, τα ραδιενεργά στοιχεία όπως το ουράνιο και το θόριο μετακινούνταν προς τα ανώτερα στρώματα. Καθώς αυτά τα στοιχεία διασπώνταν, απελευθέρωναν θερμότητα· με τη μεταφορά τους ψηλότερα, μετέφεραν την ενέργεια μακριά από το κατώτερο στρώμα του φλοιού, επιτρέποντάς του να ψυχθεί και να στερεοποιηθεί. Το αποτέλεσμα ήταν μια πιο σκληρή και σταθερή ηπειρωτική βάση – η θεμελίωση πάνω στην οποία αναπτύχθηκε η ζωή.

Για τον Andrew Smye, αναπληρωτή καθηγητή γεωεπιστημών στο Penn State και κύριο συγγραφέα της μελέτης, το εύρημα αυτό δεν αφορά μόνο την ιστορία της Γης. Θα μπορούσε να αποτελέσει οδηγό για τον εντοπισμό κρίσιμων ορυκτών που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία — όπως το λίθιο, το κασσίτερο και το βολφράμιο — αλλά και να βοηθήσει στην αναζήτηση πλανητών ικανών να φιλοξενήσουν ζωή. Όπως εξηγεί ο Smye, οι ίδιες θερμικές διαδικασίες που σταθεροποίησαν τον γήινο φλοιό, πιθανόν να συνέβαλαν και στην ανακατανομή αυτών των πολύτιμων στοιχείων, χαρίζοντας μας μια νέα γεωχημική «πυξίδα».

Οι σταθερές ήπειροι είναι απαραίτητες για τη δημιουργία βιώσιμων οικοσυστημάτων. Για να αποκτήσουν όμως αυτή τη σταθερότητα, πρέπει πρώτα να ψυχθούν. Και για να ψυχθούν, χρειάζεται τα στοιχεία που παράγουν θερμότητα – ουράνιο, θόριο, κάλιο – να μετακινηθούν προς την επιφάνεια. Αν μείνουν βαθιά, συνεχίζουν να παράγουν θερμότητα και λιώνουν τον φλοιό.

Σύμφωνα με τη μελέτη, η σύγχρονη ηπειρωτική κρούστα της Γης άρχισε να διαμορφώνεται πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Πριν από εκείνη την εποχή, η επιφάνεια του πλανήτη ήταν τελείως διαφορετική: δεν υπήρχαν οι πλούσιες σε πυρίτιο ηπειρωτικές πλάκες που γνωρίζουμε σήμερα. Οι επιστήμονες υποψιάζονταν εδώ και χρόνια ότι η τήξη αρχαιότερων πετρωμάτων έπαιξε ρόλο στη δημιουργία σταθερών ηπείρων, αλλά η νέα έρευνα δείχνει ότι η διαδικασία αυτή απαιτούσε θερμότητες πολύ υψηλότερες από όσες υπολόγιζαν έως τώρα – περίπου 200 βαθμούς Κελσίου παραπάνω.

Ο Smye παρομοιάζει το φαινόμενο με τη διαδικασία της σφυρηλάτησης του χάλυβα.

Όταν θερμαίνεις το μέταλλο σε υψηλές θερμοκρασίες, μαλακώνει αρκετά ώστε να διαμορφωθεί μηχανικά. Το σφυρί και η θερμότητα ευθυγραμμίζουν τη δομή του και απομακρύνουν ακαθαρσίες, δημιουργώντας ένα πιο ανθεκτικό υλικό. Κάπως έτσι, οι τεκτονικές δυνάμεις και η θερμότητα λειτούργησαν μαζί, σφυρηλατώντας τις ηπείρους της Γης. Για να επιτευχθεί αυτή η “ενδυνάμωση”, χρειάζεται ένας φλοιός που λειτουργεί σαν καμίνι, ικανός να φτάσει θερμοκρασίες άνω των 900°C.

Για να στηρίξουν τη θεωρία τους, οι ερευνητές ανέλυσαν δείγματα πετρωμάτων από τα Άλπεις και τη νοτιοδυτική περιοχή των ΗΠΑ, συγκρίνοντας τα δεδομένα τους με προηγούμενες μελέτες. Εξέτασαν εκατοντάδες δείγματα μεταμορφωμένων πετρωμάτων και τα ταξινόμησαν ανάλογα με τη μέγιστη θερμοκρασία μεταμόρφωσης που είχαν υποστεί. Η σύγκριση μεταξύ πετρωμάτων που σχηματίστηκαν σε «υψηλές» (HT) και «υπερυψηλές» (UHT) θερμοκρασίες αποκάλυψε ένα εντυπωσιακά συνεπές μοτίβο: όσα είχαν λιώσει πάνω από τους 900°C περιείχαν σημαντικά μικρότερες ποσότητες ουρανίου και θορίου σε σχέση με εκείνα που σχηματίστηκαν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.

Η ομάδα εξηγεί ότι το σημείο τήξης των περισσότερων πετρωμάτων ξεκινά γύρω στους 650°C – περίπου έξι φορές τη θερμοκρασία βρασμού του νερού. Σε κάθε χιλιόμετρο βάθους, η θερμοκρασία αυξάνεται κατά περίπου 20°C, οπότε οι 900°C είναι τιμές που σπάνια συναντώνται στη βάση των περισσότερων ηπειρωτικών πλακών, οι οποίες φτάνουν τα 30–40 χιλιόμετρα πάχος. Αυτό ανάγκασε τους επιστήμονες να επανεξετάσουν το θερμικό προφίλ της Γης στα πρώιμα στάδια της εξέλιξής της.

Όπως αναφέρει ο Smye, στα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης, η συγκέντρωση ραδιενεργών στοιχείων όπως το ουράνιο, το θόριο και το κάλιο ήταν σχεδόν διπλάσια από ό,τι σήμερα.

Υπήρχε πολύ περισσότερη ενέργεια διαθέσιμη τότε. Σήμερα, δεν θα περιμέναμε να σχηματιστεί τόσο σταθερός φλοιός, γιατί απλώς δεν υπάρχει αρκετή θερμότητα για να τον σφυρηλατήσει.

Πέρα από την κατανόηση της γεωλογικής εξέλιξης του πλανήτη, η μελέτη ανοίγει δρόμους και για πιο πρακτικές εφαρμογές. Κατανοώντας πώς αυτές οι ακραίες θερμοκρασίες ανακατανεμήθηκαν και σταθεροποίησαν τα στοιχεία μέσα στον φλοιό, οι επιστήμονες μπορούν να προβλέψουν καλύτερα πού βρίσκονται συγκεντρωμένα κρίσιμα ορυκτά. Αν αποσταθεροποιήσεις τα ορυκτά που φιλοξενούν ουράνιο, θόριο και κάλιο, απελευθερώνεις ταυτόχρονα και σπάνιες γαίες – πολύτιμες για την τεχνολογία αιχμής.

[source]