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Vastas e antigas extensões de crosta continental conhecidas como crátons estabilizaram os continentes da Terra durante bilhões de anos por meio de mudanças nas massas de terra, construção de montanhas e desenvolvimento dos oceanos. Cientistas da Penn State propuseram um novo mecanismo que poderia explicar a formação de crátons há cerca de 3 mil milhões de anos, lançando luz sobre uma questão de longa data na história geológica da Terra.

Cientistas mencionados na revista natureza Os continentes podem não ter emergido dos oceanos da Terra como uma massa de terra estável, sendo a sua característica distintiva uma crosta superior rica em granito. Em vez disso, a exposição de rocha fresca ao vento e à chuva há cerca de 3 mil milhões de anos desencadeou uma série de processos geológicos que eventualmente estabilizaram a crosta – permitindo que a crosta sobrevivesse durante milhares de milhões de anos sem ser destruída ou reiniciada.

Os cientistas disseram que as descobertas podem representar uma nova compreensão de como evoluem planetas potencialmente habitáveis ​​semelhantes à Terra.

Implicações para a evolução planetária

“Para fazer um planeta como a Terra, é preciso criar uma crosta continental e estabilizá-la”, disse Jesse Remink, professor assistente de ciências da Terra na Penn State e autor do estudo. “Os cientistas pensam que são a mesma coisa – os continentes tornaram-se estáveis ​​e depois emergiram acima do nível do mar. Mas o que estamos a dizer é que esses processos são separados.

Os cientistas disseram que os crátons se estendem por mais de 150 quilômetros, ou 93 milhas, da superfície da Terra até o manto superior, onde agem como a quilha de um barco, mantendo os continentes flutuando no nível do mar ou próximo a ele durante o tempo geológico.

O intemperismo pode eventualmente concentrar elementos produtores de calor, como urânio, tório e potássio na crosta rasa, permitindo que a crosta mais profunda esfrie e solidifique. Este mecanismo criou uma camada espessa e sólida de rocha que pode ter protegido o fundo dos continentes de deformações posteriores, uma característica distintiva dos crátons, disseram os cientistas.

Processos geológicos e produção de calor

“A receita para formar e estabilizar a crosta continental envolve a concentração desses elementos produtores de calor – que podem ser considerados mini-motores térmicos – perto da superfície”, disse Andrew Smee, professor assistente de geociências na Penn State e autor do estudar. Está bem. “Você tem que fazer isso sempre milho O urânio, o tório ou o potássio decaem, liberando calor que pode aumentar a temperatura da crosta terrestre. O folheado quente é instável, sujeito a deformações e não permanece no lugar.

Quando o vento, a chuva e as reações químicas quebraram as rochas nos primeiros continentes, os sedimentos e os minerais argilosos foram levados para os riachos e rios e levados para o mar, onde criaram depósitos sedimentares semelhantes a xisto que continham altas concentrações de urânio, tório e potássio. . Os cientistas disseram.

Estas antigas rochas metamórficas chamadas gnaisse, encontradas na costa do Ártico, representam as raízes dos continentes agora expostas na superfície. Os cientistas disseram que as rochas sedimentares intercaladas nestes tipos de rochas forneceriam um motor térmico para estabilizar os continentes. Crédito: Jesse Remink

Colisões entre placas tectônicas enterraram essas rochas sedimentares profundamente na crosta terrestre, onde o calor radiativo do xisto derreteu a crosta inferior. O material derretido flutuaria e subiria de volta à crosta superior, prendendo os elementos produtores de calor em rochas como o granito, e permitindo que a crosta inferior esfriasse e solidificasse.

Pensa-se que os crátons se formaram entre 3 e 2,5 mil milhões de anos atrás, numa altura em que elementos radioactivos como o urânio se decompunham a uma velocidade cerca de duas vezes mais rápida, libertando duas vezes mais calor do que hoje.

Remink disse que o trabalho destaca que a época em que os crátons se formaram no início da Terra Média era especialmente adequada aos processos que podem ter levado à sua estabilidade.

“Podemos pensar nisso como uma questão de evolução planetária”, disse Remink. “O surgimento de continentes relativamente cedo em suas vidas pode ser um dos principais ingredientes necessários para criar um planeta como a Terra. Porque você estará criando depósitos radioativos muito quentes e produzindo uma região realmente estável da crosta continental que vive perto do nível do mar. , que é um ótimo ambiente para a vida se espalhar.”

Os pesquisadores analisaram as concentrações de urânio, tório e potássio de centenas de amostras de rochas da era arqueana, quando os crátons se formaram, para avaliar a produtividade do calor radiativo com base nas composições rochosas reais. Eles usaram esses valores para criar modelos térmicos de formação de crátons.

“Anteriormente, as pessoas observavam e observavam os efeitos da mudança na produção de calor radiante ao longo do tempo”, disse Smay. “Mas o nosso estudo liga a produção de calor baseada em rochas à emergência continental, à geração de sedimentos e à diferenciação da crosta continental.”

Os crátons, normalmente encontrados no interior dos continentes, contêm algumas das rochas mais antigas da Terra, mas continuam difíceis de estudar. Em áreas tectonicamente ativas, a formação de um cinturão de montanhas pode trazer à superfície rochas que estavam enterradas nas profundezas da Terra.

Mas as origens dos crátons permanecem subterrâneas e inacessíveis. Os cientistas disseram que o trabalho futuro incluirá a amostragem do antigo interior dos crátons e talvez a perfuração de amostras para testar o seu modelo.

“Essas rochas sedimentares metamórficas que derreteram e produziram granito que concentrou urânio e tório são como caixas-pretas que registram pressão e temperatura”, disse Smay. “Se conseguirmos abrir este arquivo, poderemos testar as previsões do nosso modelo sobre a trajetória da crosta continental.”

Referência: “Continentes Estabilizados de Intemperismo Subaéreo” por Jesse R. Remink e Andrew J. Sami, 8 de maio de 2024, natureza.
doi: 10.1038/s41586-024-07307-1

A Penn State e a National Science Foundation dos EUA forneceram financiamento para este trabalho.