2001. január 17. — A tudósok a valaha talált legrégebbi ásványszemcsékben található nyomok alapján megrajzolják, hogyan nézett ki a Föld nem sokkal a 4,56 milliárd évvel ezelőtti keletkezése után.
Az ősi patakok lerakódásaiban talált apró cirkonok (cirkónium-szilikát kristályok) arra utalnak, hogy a Földön 4,3-4,4 milliárd évvel ezelőtt, bolygónk kialakulása után meglepően hamar, 4,3-4,4 milliárd évvel ezelőtt kontinensek és víz – talán még óceánok és olyan környezet is kialakult, amelyben mikrobiális élet alakulhatott ki.
Az alábbiakban: Hol illeszkednek az újonnan felfedezett cirkonok a Föld történetébe. Kép: Dan Brennan.
A két kutatócsoport – az egyik ausztrál, a másik amerikai – eredményei arra utalnak, hogy “a folyékony víz korán stabilizálódik a Föld-típusú bolygókon” – mondta Stephen Mojzsis geológus, a NASA Asztrobiológiai Intézetének, a University of Colorado, Boulder kutatócsoportjának tagja. “Ez növeli annak a valószínűségét, hogy máshol is találunk életet az univerzumban”, mert az életnek kedvező körülmények nyilvánvalóan gyorsabban és könnyebben kialakulhatnak, mint korábban gondoltuk.
Ez “új képet ad nekünk a korai Földről is, ahol a Föld gyorsan lehűlt”, miután az újszülött Naprendszerben a gáz és a por bolygókká összeállt, hogy bolygókat alkosson, mondta William Peck geológus, a Colgate Egyetemről (Hamilton, New York). “Nagyon korán voltak kontinensek és víz – és talán óceánok és élet -, amit később a meteoritok eltöröltek, és a cirkonokon kívül szinte semmi más nem maradt róluk.”
Nagyjából 3,9 milliárd évvel ezelőttig üstökösök és meteoritok rajai elég gyakran csapkodták a fiatal Földet ahhoz, hogy időnként elpárologtassák az óceánok felszíni zónáit, és eltöröljék az ott élő életet. A földi mikrobiális élet legkorábbi ismert bizonyítékát a Mojzsis és munkatársai által a 3,85 milliárd éves grönlandi üledékekben vizsgált szénizotóp-mintázatok adják.
Most a Nyugat-Ausztráliából származó cirkonok bizonyítják, hogy 4,3-4,4 milliárd évvel ezelőtt kontinensek és víz léteztek. “Az élet 400 millió évvel korábban indulhatott el, mint azt korábban dokumentálták” – mondta Mojzsis.
“Az élet sokszor keletkezhetett, hogy aztán összetörjön, és csak akkor kapaszkodjon meg, amikor a meteoritok elapadnak” – tette hozzá Peck.
Mojzsis és Peck külön kutatócsoportokhoz tartoznak, az egyik 1999-ben talált egy 4,4 milliárd éves cirkont, a másik csapat pedig tavaly tárt fel egy pár 4,3 milliárd éves cirkont a nyugat-ausztráliai Jack Hills kőzetformáció ugyanazon területéről. Mindkét csoport a Nature című brit folyóirat 2001. január 11-i számában tette közzé tanulmányát.
A 4,4 milliárd éves cirkon “a legkorábbi feljegyzésünk a Föld legkorábbi kérgéről”, mondta Peck. Ez a cirkon és a valamivel fiatalabb cirkonszemcsék nagyjából 250 mikron szélesek — kevesebb, mint egy centiméter századrésze.
“Ezek a cirkonok nagyon keményen megdolgoztak” – mondta Peck.
Balra: Nyugat-Ausztrália Jack Hills régiója, ahol a cirkonokat felfedezték. Fotó: Simon Wilde.
A történetük valamikor a Föld kialakulása után kezdődött, amikor “a folyékony víz kölcsönhatásba lépett a kőzetekkel” – mondta. Ez a kölcsönhatás háromféleképpen történhet: amikor a víz kicserélődik a kőzetekben lévő ásványokkal, amikor a talajvízben oldatból kristályok nőnek ki, vagy amikor ásványi erek rakódnak le. A vízzel való érintkezés megnövelte a kőzetekben a nem gyakori oxigén-18 izotóp és a gyakrabban előforduló oxigén-16 izotóp arányát, mondta.
Később a kőzetek megolvadtak a föld alatt – vagy talán egy meteoritbombázás során -, és a cirkonok kristályokként alakultak ki az olvadt gránitban, amely szilárd kőzetté hűlt.
A cirkonnal teli gránit végül felfelé tolódott, és hegyeket alkotott, amelyek később erodálódtak. A gránit eltűnt, de a cirkonok végül 3 milliárd évvel ezelőtt homokos ausztrál patakok üledékeiben nyugodtak meg. Ezek az üledékek később kőzetekké keményedtek, amelyeket később a hő és a nyomás megváltoztatott.
Mindkét kutatócsoport ionmikroszondának nevezett műszereket használt a cirkonkristályok datálására és elemzésére, amelyek gyakran tartalmaznak uránt, ritkaföldfémeket és más szennyeződéseket. Az urán ismert sebességgel bomlik ólommá. A cirkonokban található urán-ólom arányok azt mutatták, hogy a cirkonok 4,4-4,3 milliárd évvel ezelőtt keletkeztek, amikor olvadt gránitban kristályosodtak ki.
Az alábbiakban: Mikroszkópos felvétel egy 4,4 milliárd évesnek meghatározott cirkon (cirkónium-szilikát) kristályról. Fotó: John W. Valley
A kontinentális kéreg különbözik az óceánok alatt húzódó kéregtől. A gránit gyakori kőzet a kontinenseken. A cirkonok pedig általában gránitban kristályosodnak ki.
A cirkonok tehát arra utalnak, hogy a gránit 4,3-4,4 milliárd évvel ezelőtt jelen volt, míg a gránit azt jelenti, hogy akkoriban már léteztek kontinensek. Ilyen régi gránit kőzetet nem találtak, az egészet később elmarta az erózió vagy más módon újrahasznosították. Az ősi cirkonok a Föld korai éveiből származó kéreggránit fennmaradt maradványai.
“Az a tény, hogy van egy 4,4 milliárd éves gránitból származó cirkonunk, arra utal, hogy ott kellett lennie a kontinentális kéreg kőzetének” – mondta Sam Bowring geológus a Massachusetts Institute of Technology-tól.
A cirkonkristályokban lévő ritkaföldfémek ionmikroszondás elemzése szintén a kontinentális kőzetekre jellemző szinteket talált, mondta Peck.
A víz jelenlétét a fiatal Földön megerősítették, amikor mindkét csoport elemezte a cirkonokat oxigénizotópokra, és megtalálta a vízzel érintkező kőzetek árulkodó jelét: az oxigén-18 és az oxigén-16 megemelkedett arányát.
Az eredmény alapján “tudjuk, hogy valamikor 4,4 milliárd évvel ezelőtt folyékony víz volt” – mondta Peck. A folyékony víznek valahol meg kellett gyűlnie, ami felveti az óceánok lehetőségét – tette hozzá.
Azt is valószínűsítette, hogy léteztek óceánok, mert “a kontinensek kialakításához vízre van szükség”.
Peck szerint mielőtt óceánok léteztek volna, a földkéreg óriási lemezei már elkezdhettek mozogni és egymásnak ütközni, ami miatt nagy kőzettömbök merültek lefelé egy szubdukciónak nevezett folyamat során. Óceánok nélkül ezek a kőzetek nem olvadhattak volna meg, hogy olyan kontinentális kőzeteket alkossanak, mint a gránit – mondta.
Below: Kitekintés arra a kőzettípusra, ahol a cirkonokat felfedezték. A kalapács mutatja a méretarányt. Simon Wilde fotója.
Amikor azonban óceánok voltak, a tengervíz reakcióba léphetett az óceánközépi gerincek tenger alatti vulkánjaiból feltörő lávával, és hidratálhatta azt. A láva ezután lehűlt, és új tengerfeneket képzett, amely később süllyedt. A süllyedő kőzetben lévő ásványokban megrekedt víz lecsökkentette annak olvadáspontját, ami vulkánkitöréseket váltott ki, amelyek valószínűleg gránitos kőzetekből álló szigetláncokat hoztak létre. Úgy gondolják, hogy az ilyen “szigetívek” végül kontinensekké álltak össze.
“Az óceánok, a légkör és a kontinensek 4,3 milliárd évvel ezelőtt már a helyükön voltak” – mondta Mojzsis.
Peck szerint az első óceánok az üstökösök által a Földre hozott vízből alakulhattak ki, vagy a korai vulkánkitörések során kerültek ki az óceánközépi gerincekből.
A cirkonok arra utalnak, hogy 4,3 milliárd évvel ezelőtt létezhetett élet a Földön, mondta Mojzsis, mert az élet kialakulásához szükséges három kulcsfontosságú tényező volt jelen: energia, szerves anyag (beérkező üstökösökből és légköri reakciókból) és — a cirkonok szerint — folyékony víz.
Credits: A 4,4 milliárd éves cirkon felfedezéséről Peck, Simon Wilde az ausztráliai Curtin Technológiai Intézetből, John Valley a Madison-i Wisconsini Egyetemről és Colin Graham az Egyesült Királyságbeli Edinburgh-i Egyetemről számolt be. Wilde 1999-ben talált rá a 4,4 milliárd éves szemcsére, amikor egy 1984-ben gyűjtött kőzetből származó cirkont datált, mondta Peck. Mojzsis és kollégái elmondták, hogy tavaly találtak egy pár 4,3 milliárd éves cirkont a nyugat-ausztráliai Jack Hills kőzetformáció ugyanezen területéről. Mojzsis a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem geokémikusával, Mark Harrisonnal és a Curtin Technológiai Intézet geokémikusával, Robert Pidgeonnal dolgozott együtt.