ในเกาะที่ทันสมัย ​​basalts พบร่องรอยของสารหลักจากการที่โลกก่อตัวขึ้น• Vladislav Strekopytov •ข่าววิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ "องค์ประกอบ" •ธรณีฟิสิกส์ธรณีวิทยาธรณีเคมี

ในเกาะที่ทันสมัย ​​basalts พบร่องรอยของสารหลักจากการที่โลกถูกสร้างขึ้น

มะเดื่อ 1 การปะทุของภูเขาไฟ Kilauea ในฮาวายในพ. ศ. 2502 "border = 0>

มะเดื่อ 1 การปะทุของภูเขาไฟ Kilauea ในฮาวายในปีพ. ศ. 2502 ความผิดปกติทางเคมีทางธรณีวิทยาพบได้ในตัวอย่างของ lavas ของการปะทุนี้ซึ่งระบุว่าแหล่งกำเนิดของมันเป็นสารปรมาณูหลักที่อายุ 4.5 พันล้านปี ที่มา: USGS / J.P. อีตัน

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าชั้นของโลกมีชั้น: ประกอบด้วยแกนและเปลือกหอยโดยรอบ – ชั้นล่างหิ้งปกคลุมชั้นบนเปลือกโลก แต่เธอเป็นแบบนี้เสมอหรือ เมื่อสิ่งที่เกิดขึ้นในประวัติศาสตร์ของโลกนี้การแยกนี้เกิดขึ้นและตอนนี้สิ่งที่เสร็จสิ้นสมบูรณ์แล้วหรือยัง? เสื้อคลุมของโลกประกอบด้วยหินแข็งซึ่งยังคงอยู่ในสถานะพลาสติกที่เพียงพอที่จะหมุนเวียนภายใต้อิทธิพลของการไหลของความร้อนผสมในเครื่องผสมเป็นเวลาหลายพันล้านปี ตามเนื้อผ้าเป็นที่เชื่อกันว่าสารที่ประกอบด้วยภายในของโลกจะถูกผสมขึ้นในกระบวนการของการพาความร้อนแบบปกคลุมและแม้กระทั่งก่อนหน้านี้อันเป็นผลมาจากการหลอมและแตกต่างอย่างลึกซึ้งซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจจับร่องรอยของสารปฐมภูมิหลักที่ดาวเคราะห์ของเราก่อตัวขึ้น อย่างไรก็ตามในการศึกษาเกี่ยวกับฐานรากของเกาะแปซิฟิกนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบความผิดปกติทางเคมีทางธรณีวิทยาผิดปกติซึ่งเป็นหลักฐานที่แสดงว่าว่าอ่างเก็บน้ำของสารหลักยังคงอยู่ในบาดาลของโลก

นักวิจัยศึกษาโลกพยายามมองให้ไกลที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในประวัติศาสตร์เพื่อทำความเข้าใจกับสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของชีวิตบนโลกของเรา วิธีการที่ชัดเจนที่สุดในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับธรณีวิทยาในอดีตคือการศึกษา "บันทึกหิน" ของหินโบราณ อายุของหินเก่าแก่ที่สุดที่รู้จักกันในปัจจุบันของเปลือกโลกหินจากแถบ greenstone (ดู Greenstone belt) ของ Newvaguittuc ในประเทศแคนาดามีอายุ 4.28 พันล้านปี (ดูอายุของหินที่เก่าแก่ที่สุดของเปลือกโลก – 4.28 พันล้านปี, , 30.09.2008) ซึ่งมีอายุเกือบ 300 ล้านปีน้อยกว่าอายุของโลก และเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในส่วนลึกของ 300 ล้านปีของ "ช่วงมืด" ของเยาวชนตอนต้นของโลกมีเพียงการคาดเดาและสมมติฐานเท่านั้น

ดาวเคราะห์ของเราถูกสร้างขึ้นประมาณ 4.54 พันล้านปีก่อนในกระบวนการเพิ่มสมบัติของฝุ่นละอองและการเผาผลาญของหยดหยดเล็ก ๆ ของสาร (chondra) ของดิสก์ดาวเคราะห์ก่อตัวจากสารปฏิกรณ์เดียวกันกับดาวเคราะห์ดวงอื่นในกลุ่มโลกของระบบสุริยะ ตอนแรกมันมีขนาดเล็กและโครงสร้างของมันก็เหมือนกันมากหรือน้อย แต่เกือบจะทันทีภายในโปรโตโธเอิร์ทกระบวนการเริ่มสร้างความแตกต่างเริ่มขึ้น (ดูความแตกต่างของแรงโน้มถ่วง) – การแบ่งชั้นของสารของดาวเคราะห์ด้วยการก่อตัวของนิวเคลียสและเปลือกโดยรอบ ขั้นตอนแรกของการแยกแยะคือการแยกสารหลักออกเป็นขั้นตอนของโลหะและซิลิเกตซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของแกนโลหะและชั้นในดั้งเดิมที่มีอยู่แล้วใน 10 ล้านปีแรกของชีวิตของดาวเคราะห์ ในเวลาเดียวกันองค์ประกอบของธาตุเหล็กกล้า (siderophilic) หนาแน่นที่ฝังตัวอยู่ในใจกลางของโลกสร้างแกนและ lithophilic เบา (ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของซิลิเกต) ถูกเก็บอยู่ในเปลือกนอก (เปลือกโลกและเปลือกโลก)

เป็นที่เชื่อกันว่ากระบวนการของการแยกตัวของสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวลงไปในแกนและเสื้อคลุมเสร็จสิ้นประมาณ 50-60 ปีหลังจากที่กำเนิดของโลก อย่างไรก็ตามหลักฐานแสดงให้เห็นว่าลึกลงไปในเสื้อคลุมที่อยู่ติดกับแกนส่วนของเศษ (อ่างเก็บน้ำ) ของสารหลัก (ยังไม่เกิดการหมุนเวียน) ยังคงอยู่ซึ่งไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกันในกระบวนการหลอมของเสื้อคลุมและการผสมหลาย ๆ ครั้งตามมา (รูปที่ 2) นี่เป็นหลักฐานจากผลของการศึกษาทางธรณีวิทยาของทังสเตนและฮีเลียมไอโซโทปจากฐานรากทางทะเลของภูเขาไฟเกาะทันสมัยบางแห่งซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร วิทยาศาสตร์.

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันและชาวฝรั่งเศสที่นำโดย Andrea Mündlจากมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ได้ศึกษาตัวอย่างของบ่อที่ได้รับการคัดเลือกแล้วในฮาวายซามัวและไอซ์แลนด์ (อายุไม่เกิน 20 ล้านปี) มันเปิดออกที่ค่าของอัตราส่วนทังสเตน isotopic 182W /184W และฮีเลียม 3เขา /4เขาเป็นลักษณะของขั้นตอนแรกของการก่อตัวของโลก – 50 ล้านปีแรกของชีวิต ตัวอย่างเหล่านี้มีขนาดเล็กผิดปกติ 182W และผิดปกติมาก 3เขาซึ่งเป็นเรื่องปกติไม่ได้สำหรับหินบนพื้นโลกที่ทันสมัย ​​แต่เป็นสารหลักที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้น

ทังสเตนไอโซโทปหนัก 184W มีเสถียรภาพและมีอยู่บนดาวเคราะห์ตั้งแต่ต้นและง่าย 182W เกิดขึ้นเฉพาะกับการสลายตัวของไอโซโทปฮาฟเนี่ยมที่ไม่เสถียรมาก 182Hf ยังอยู่ในสารหลัก (protoplanetary) ระบบไอโซโทปสั้น 182Hf /182W (182Hf →182W + 2β) มีความสะดวกในการศึกษากระบวนการแยกแยะของดาวเคราะห์ ในระหว่างการแยกแยะองค์ประกอบทั้งสององค์ประกอบในรูปแบบที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง: ทังสเตน sideophilic พยายามที่จะติดต่อกับโลหะโดยมุ่งเน้นหลักในแกนและ hophnium lithophilic ที่เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุซิลิเกตยังคงอยู่ในเปลือกหอยด้านนอก

ครึ่งชีวิต 182มีความยาว 8.9 ล้านปี ดังนั้นทั้งหมด 182Hf ควรจะหายไปจากหินของโลก 50 ล้านปีหลังจากการก่อตัวของมันเคลื่อนไปสู่ไอโซโทปแสงของทังสเตน 182W. ณ จุดนี้สร้างค่าเสถียรภาพของอัตราส่วนไอโซโทป 182W /184W – ต่ำมากสำหรับแกนและค่อนข้างสูงสำหรับส่วนที่เหลือของส่วนซิลิเกตของโลก

ฮาฟเนียมและทังสเตนในแต่ละขั้นตอนของการพัฒนาของโลก

มะเดื่อ 2 ขั้นตอนแรกของการก่อตัวของโลกและการสะท้อนของพวกเขาในความสัมพันธ์ระหว่างไอโซโทป Hf / W การแสดงผลกราฟิกของสมมติฐานที่ได้รับการตรวจสอบโดยผู้เขียนบทความ วิทยาศาสตร์. อัตราส่วนสัมพัทธ์ – อัตราส่วนไอโซโทปหลัก เปลือก / ปกคลุม – อัตราส่วนไอโซโทปในเปลือกโลกและปกคลุม อ่างเก็บน้ำ – อัตราส่วนไอโซโทปในอ่างเก็บน้ำของสารปฐมภูมิ แกน – อัตราส่วนไอโซโทปในนิวเคลียส อัตราส่วนเฉลี่ย – อัตราส่วนไอโซโทปเฉลี่ยในเปลือก; ความผิดปกติ – อัตราส่วนไอโซโทปผิดปกติ ภาพจากนิตยสารควอนตัม

1) ประถมศึกษา. เมื่อเวลาผ่านไป 4.57 พันล้านปีที่ผ่านมาดวงอาทิตย์ปรากฏตัวขึ้นและเม็ดฝุ่นในแผ่นดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นเป็นก้อนและกลายเป็น "ตัวอ่อน" ของโลกที่หลอมละลายซึ่งรวมถึงองค์ประกอบต่างๆเช่นฮาฟเนียม (รวมทั้งไอโซโทปอายุสั้น 182Hf) และทังสเตน (ส่วนใหญ่ 184W)

2) ยุคของการชนกันของยักษ์และความแตกต่างของเรื่องบนพื้นดิน. ในอีกสิบล้านปีข้างหน้ามวลของโลกเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีการชนกับพื้นที่ขนาดเล็กมาก ด้วยเหตุนี้โลกกำลังร้อนขึ้นจึงมีการแยกเปลือกหอยออก ทังสเตนร่วมกับโลหะหนักอื่น ๆ ที่แกนโลหะก่อตัวขึ้นพรวดไปสู่ใจกลางขณะที่ไฮฟาลุกขึ้นไปด้านบนเนื่องจากมีส่วนร่วมในการก่อตัวของชั้นซิลิเกตแมนเทิล องค์ประกอบที่เบาที่สุดเริ่มที่จะแยกตัวเองออกจากเปลือกนอกสุด – เปลือกโลก ในเวลาเดียวกันเศษ (แหล่ง) ของสารหลักที่ไม่แตกต่างกันยังคงอยู่ในเสื้อคลุม

3) "หยุดชั่วโมงกัมมันตภาพรังสี". 50 ล้านปีหลังจากการเริ่มต้นของประวัติศาสตร์โลกทั้งหมด 182Hf กลายเป็น 182การก่อตัวของ W. ในช่วงเวลาของหินที่เก่าแก่ที่สุดที่อุดมด้วยไอโซโทป 184W อธิบายได้จากกระบวนการความแตกต่างที่เกิดขึ้นต่อเนื่องในระดับความลึกของโลกหรือจากแหล่งกำเนิดของสารตัวหลักในเสื้อคลุม

4) การทิ้งระเบิดล่าช้า. เป็นที่เชื่อกันว่าในอีกหลายร้อยล้านปีข้างหน้าอันเป็นผลมาจากการโจมตีวัตถุอวกาศขนาดเล็กที่มีบรรยากาศยังไม่ได้รับการป้องกันของพื้นผิวโลกมวลของดาวเคราะห์เพิ่มขึ้นประมาณ 0.5%ในเวลานี้โลหะที่ควรจะอยู่ในนิวเคลียสอันเป็นผลมาจากความแตกต่าง – ทองคำ, ทองคำขาว, ทังสเตน (ส่วนใหญ่ 184W) และอื่น ๆ อัตราส่วนไอโซโทปที่เสถียร (มาตรฐาน) ได้เกิดขึ้นในเปลือกโลกและปกคลุม 182W /184ดับบลิว

5) การก่อตัวของเปลือกโลก. บางทีเปลือกเดิมเกิดขึ้นในสมัยก่อนยุคโบราณ เมื่อถึงจุดหนึ่งมันแยกออกเป็นแผ่นที่เริ่มเคลื่อนตัว กระบวนการพาความร้อนที่เกิดขึ้นในเสื้อคลุมทำให้เกิด "ขึ้น" กับพื้นผิวของขนนกแมนเทิลซึ่งวัสดุของอ่างเก็บน้ำของสารหลักที่ยังคงฝังอยู่ลึกเข้าไปในตัวเสื้อคลุม

ไอโซโทปแสงของทังสเตนสามารถใช้เป็นตัวชี้วัดอายุของหินได้เป็นอย่างดี – หินที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังไม่ได้รับการหมักด้วยปลายมีปริมาณสูง 182W และสำหรับผู้รอดชีวิตทุกคนที่อายุน้อยกว่าจากการละลายที่สมบูรณ์จะมีค่าเหมือนกันอย่างสม่ำเสมอ (ค่ามาตรฐาน) ของอัตราส่วนไอโซโทป 182W /184W. ระดับสูงผิดปกติ 184W ชี้ให้เห็นว่าแหล่งที่มาของ basalts เป็นโซนลึกซึ่งยังคงมีสารพันธุกรรมหลักอยู่ พบความผิดปกติดังกล่าวในตัวอย่างของเกาะ basalts ของหมู่เกาะฮาวายซามัวและไอซ์แลนด์

ระบบภูเขาไฟทั้งสามเกาะนี้ได้ถูกรวมอยู่ในจุดที่เรียกว่า "จุดร้อน" ที่อยู่เหนือโซนที่มีความเร็วต่ำผิดปกติของคลื่นไหวสะเทือนที่บริเวณพรมแดนระหว่างแกนหลักกับเสื้อคลุม (ULVZ – Ultra-Low Velocity Zones) ในกรณีที่จุดร้อนตั้งอยู่ใต้แผ่นหินหนืดที่เคลื่อนที่เป็น "ร่องรอย" ในรูปแบบของเสี้ยวของเกาะภูเขาไฟ (เช่นฮาวายและซามัว) ยังคงอยู่บนผิวหน้าจากการผ่านไป ความจริงเรื่องนี้ครั้งหนึ่งนำไปสู่วิวัฒนาการของสมมติฐานขนนกแมนเทิล – ยักษ์ "หยด" ของสารเหนียวหนืดที่ร้อนขึ้นสู่ผิวจากชั้นขอบเขตของชั้นแมนเทิลและเป็นองค์ประกอบของระบบการพาความร้อนแบบแมนเทิล (รูปที่ 3)

มะเดื่อ 3 ภาพที่คำนวณจากการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศของโลกและกลไกการก่อตัวของขนนกแมนเทิล Z คือความลึกจากพื้นผิวของโลก X คือระยะห่างโดยประมาณระหว่างขนนก ภาพจากวิกิมีเดียคอมมอนส์

เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าความผิดปกติของทังสเตนในไอโซโทปเป็นลักษณะเฉพาะของภูเขาไฟที่ตั้งอยู่ในจุดที่มีความร้อนสูงที่เกี่ยวข้องกับ ULVZ มันเป็นเหตุผลที่จะสมมติว่าขนนกแมนเทิลจะมีสารของอ่างเก็บน้ำหลักและการพาความร้อนเป็นกลไกที่สำคัญที่สุดในการผสมสารเคมีในเนื้อเยื่อ (homogenizing)

เพื่อยืนยันสมมติฐานของพวกเขาว่าแหล่งที่มาของจุดหลอมเหลวเกาะ basalts เป็นแหล่งน้ำลึกของวัตถุดาวเคราะห์หลักที่เกิดขึ้นในช่วง 50 ล้านปีแรกของโลกนักวิทยาศาสตร์ได้ระบุอัตราส่วนไอโซโทปของฮีเลียมในตัวอย่างของเกาะบ่อหินเดียวกัน ไอโซโทป 3เขาเป็นคนที่หายากมากบนผิวโลกและเกี่ยวข้องกับหินที่เก่าแก่ที่สุดซึ่งแทบจะไม่ถูกนำมาหมัก ไม่เหมือนเขา 4เขาอาจจะเกิดขึ้นในกระบวนการของการสลายกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมและทอเรียม อัตราส่วนไอโซโทปสูง 3เขา /4เขาไม่ได้บ่งชี้ว่ามีอยู่ในองค์ประกอบของหินของสารหลักซึ่งแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงจากการก่อตัวของดาวเคราะห์ของเรา จากผลการวิจัยพบความสัมพันธ์เชิงลบระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ทังสเตนและฮีเลียมไอโซโทป นี่แสดงให้เห็นว่าฮีเลียมที่มีอยู่ในตัวอย่างเหล่านี้เป็นตัวหลักที่มีอยู่ในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์แม้กระทั่งก่อนการก่อตัวของโลก

ผู้เขียนเน้นย้ำว่าความผิดปกติทางเคมีทางธรณีวิทยาที่อธิบายไว้ไม่ได้เป็นลักษณะเฉพาะของจุดร้อนทั้งหมด แต่เฉพาะสำหรับผู้ที่อยู่เหนือโซนความเร็วต่ำ (ultrial velocity zone) ที่บริเวณชายแดนระหว่างแกนกับเสื้อคลุมหินบะซอลต์ของจุดร้อนอื่น ๆ และ lavas ของ arcs ภูเขาไฟที่ตั้งอยู่ตามขอบเขตของแผ่น lithospheric มีลักษณะตามค่าปกติ 182W และค่าต่ำสุดที่เป็นเนื้อเดียวกัน 3เขา /4เขา

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวแคนาดาชาวอเมริกันชาวแคนาดานำโดย Hanika Rizo จาก University of Quebec ในมอนทรีออลได้รายงานเกี่ยวกับการค้นพบความผิดปกติทังสเตนในเชิงบวกครั้งแรกที่พบในหินอายุ 62 ล้านปีในทะเล Baffin (Greenland ดูที่ Hanika Rizo, Richard J. Walker , Richard W. Carlson, Mary F. Horan, Sujoy Mukhopadhyay, Vicky Manthos, Don Francis, Matthew G. Jackson, 2016 การเก็บรักษาองค์ประกอบ แม้แล้ว Rizzo ตั้งสมมติฐานว่าหินเหล่านี้เป็นผลมาจากการขึ้นของครุยคลุมอุดม 182W เนื่องจากการมีอยู่ในอ่างเก็บน้ำลึกซึ่งมีการปลดปล่อยขนนกซึ่งเป็นสารหลักที่อยู่ในช่วง "ทารกในครรภ์" ของดาวเคราะห์ นักวิจัยชี้ให้เห็นว่านี่คือเศษของดาวเคราะห์ที่รอดชีวิตจากกระบวนการก่อตัวของโลกได้

ดูเหมือนว่าชั้นบนของโลกจะไม่เป็นเนื้อเดียวกันเนื่องจากมันดูเหมือนกับหลาย ๆ คนและเป็นส่วนของสารปรมาณูหลักซึ่งดาวเคราะห์ทั้งหมดของกลุ่มโลกที่เคยเกิดขึ้นอาจอยู่ได้ดี

แหล่งที่มา:
1) เอนเดรีย Mundl, Mathieu Touboul, แมทธิวกรัมแจ็คสัน, เจมส์เมตร D. วันมาร์ค D.Kurz, Vedran Lekic, โรสลินตันเฮลซ์, Richard J. Walker ความแตกต่างของทังสเตน – 182 ในทะเลบอลติกที่ทันสมัยของเกาะมหาสมุทร // วิทยาศาสตร์. 2017. วี 356. หน้า 66-69 DOI: 10.1126 / science.aal4179
2) Hanika Rizo, Richard J. Walker, Richard W. Carlson, Mary F. Horan, Sujoy Mukhopadhyay, Vicky Manthos, ดอนฟรานซิส, Matthew G. Jackson ฐานรากของโลกแห่งน้ำท่วม วิทยาศาสตร์. 2016. วี 352. หน้า 809-812 DOI: 10.1126 / science.aad8563

Vladislav Strekopytov


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: