Rané magmatické oceány Země byly zjištěny v grónských horninách starých 3,7 miliardy let

Foto: Carl Wang/Unsplash

Země nebyla vždy modrou a zelenou oázou života v jinak nehostinné sluneční soustavě. Během prvních 50 milionů let naší planety, asi před 4,5 miliardami let, byl její povrch pekelnou krajinou magmatických oceánů, bublajících a chrlících teplem z nitra Země, píše TheCONVERSATION.

Následné ochlazení planety z tohoto roztaveného stavu a krystalizace těchto magmatických oceánů na pevnou horninu bylo určujícím stupněm při sestavování struktury naší planety, chemismu jejího povrchu a vytváření její rané atmosféry.

Tyto pravěké horniny, obsahující stopy, které by mohly vysvětlit obyvatelnost Země, byly považovány za ztracené v důsledku pustošení deskové tektoniky. Nyní však můj tým objevil chemické zbytky magmatických oceánů Země ve 3,7 miliardy let starých horninách z jižního Grónska, což odhaluje vzrušující snímek doby, kdy byla Země téměř celá roztavená.

Peklo na zemi

Země je produktem chaotické rané sluneční soustavy, o které se předpokládá, že měla řadu katastrofických dopadů mezi Zemí a jinými planetárními tělesy. Vznik Země vyvrcholil její srážkou s impaktorovou planetou o velikosti Marsu, což také mělo za následek vznik pozemského měsíce asi před 4,5 miliardami let.

Předpokládá se, že tyto kosmické střety vytvořily dostatek energie k roztavení zemské kůry a téměř celého nitra naší planety (plášť), čímž vznikly objemy roztavené horniny v planetárním měřítku, které vytvořily „magmatické oceány“ stovky kilometrů do hloubky. Dnes je naproti tomu zemská kůra zcela pevná a plášť je vnímán jako „plastická pevná látka“: umožňuje pomalý, viskózní geologický pohyb, který je na hony vzdálený tekutému magmatu raného zemského pláště.

Jak se Země po svých chaotických srážkách vzpamatovávala a ochlazovala, její hluboké magmatické oceány krystalizovaly a tuhly, čímž začala cesta Země k planetě, kterou známe dnes. Sopečné plyny, které vybublávaly z ochlazujících se magmatických oceánů Země, mohly být rozhodující při formování a složení rané atmosféry naší planety – která by nakonec podpořila život.

Geologické pátrání

Najít geologické důkazy o bývalém roztaveném stavu Země je extrémně obtížné. Je to proto, že události magmatického oceánu se pravděpodobně odehrály před více než 4 miliardami let a mnoho hornin z tohoto období historie Země bylo od té doby recyklováno deskovou tektonikou.

Ale zatímco horniny z tohoto období již neexistují, jejich chemické stopy mohou být stále uloženy v hlubinách Země. Ztuhlé krystaly z období ochlazování Země by byly tak husté, že by klesly na základnu zemského pláště. Vědci se dokonce domnívají, že tyto minerální zbytky mohou být uloženy v izolovaných zónách hluboko uvnitř hranice zemského pláště a jádra.

Pokud existují, tyto prastaré křišťálové hřbitovy jsou pro nás nepřístupné – skrývají se příliš hluboko na to, abychom mohli odebírat přímé vzorky. A pokud by někdy vystoupily na zemský povrch, krystaly oceánu magmatu by přirozeně prošly procesem tání a tuhnutí, zanechávající pouze stopy svého původu ve vulkanických horninách, které se dostaly do zemské kůry.

Krystalové stopy

Věděli jsme, že Grónsko by bylo dobrým místem pro hledání těchto stop roztavené minulosti Země. Naše vzorky pocházejí ze supracrustálního pásu Isua v jihozápadním Grónsku, což je známá oblast pro geology. Skály Isuy vypadají na první pohled stejně jako jakýkoli moderní čedič, který byste našli na mořském dně. Ale tyto skály jsou jedny z nejstarších na světě a jsou staré 3,7 až 3,8 miliardy let.

Při analýze hornin Isua jsme objevili jedinečné známky izotopů železa. Tyto podpisy ukázaly, že oblast pláště, ze které se horniny vytvořily, byla vystavena velmi vysokému tlaku, více než 700 kilometrů pod zemským povrchem. Přesně tam by se nacházely minerály vzniklé během krystalizace magmatického oceánu.

Ale pokud tyto horniny skutečně nesly stopy krystalizovaného oceánu magmatu, jak se dostaly na zemský povrch? Odpověď spočívá v tom, jak se vnitřek Země roztaví a na povrchu planety vzniknou vulkanické horniny.

Tající skály

Když se oblasti polotuhého zemského pláště zahřívají a tají, vznášejí se nadnášeně směrem k zemské kůře a nakonec produkují vulkanické horniny, když magma dosáhne povrchu a ochladí se. Studiem chemie těchto hornin na povrchu můžeme zkoumat složení materiálu, který se roztavil a vytvořil.

Izotopické složení hornin Isua odhalilo, že jejich cesta na zemský povrch zahrnovala několik fází krystalizace a přetavení v nitru planety – jakýsi druh destilačního procesu na cestě k povrchu. Ale horniny, které se objevily a které se nacházejí v dnešním Grónsku, si stále uchovávají chemické podpisy, které je spojují s minulostí Země pokrytou magmatem.

Výsledky naší práce poskytují jedny z prvních přímých geologických důkazů o podpisu krystalů oceánu magmatu ve vulkanických horninách nalezených na zemském povrchu. Nyní bychom rádi pochopili, zda nám jiné starověké vulkanické horniny po celém světě mohou prozradit více o bývalých magmatických oceánech Země, nebo zda jsme místo toho narazili na geologickou zvláštnost: spíše na jednorázové vodítko.

Pokud jiné sopky mohly chrlit podobné geologické artefakty, mohli bychom také hledat v moderních erupčních hotspotech, jako je Havaj a Island, další izotopové novinky, které hovoří o dávné minulosti Země. Je možné, že v budoucnu mohou být nalezeny další primordiální horniny, které by nám mohly pomoci lépe porozumět násilné minulosti Země pokryté magmatem.

---

University of Cambridge poskytuje finanční prostředky jako člen The Conversation UK.