17 ianuarie 2001 — Oamenii de știință desenează un portret al modului în care arăta Pământul la scurt timp după ce s-a format acum 4,56 miliarde de ani, pe baza indiciilor din cele mai vechi grăunțe minerale găsite vreodată.
Circonii minusculi (cristale de silicat de zirconiu) găsiți în depozite de râuri antice indică faptul că Pământul a dezvoltat continente și apă – poate chiar oceane și medii în care ar putea apărea viața microbiană – în urmă cu 4,3 până la 4,4 miliarde de ani, remarcabil de repede după ce s-a format planeta noastră.
Acesta: Unde se încadrează zirconii recent descoperiți în istoria Pământului. Imagine de Dan Brennan.
Descoperirile făcute de două grupuri de cercetare, unul din Australia și celălalt din Statele Unite, sugerează că „apa lichidă se stabilizează devreme pe planetele de tip Pământ”, a declarat geologul Stephen Mojzsis, membru al echipei Institutului de Astrobiologie al NASA de la Universitatea din Colorado, Boulder. „Acest lucru crește probabilitatea de a găsi viață în altă parte în univers”, deoarece condițiile favorabile vieții se pot dezvolta, în mod evident, mai repede și mai ușor decât se credea cândva.
De asemenea, „ne oferă o nouă perspectivă asupra Pământului timpuriu, unde Pământul s-a răcit rapid” după ce gazul și praful din sistemul solar nou-născut s-au contopit pentru a forma planete, a declarat geologul William Peck, de la Universitatea Colgate din Hamilton, New York. „Au existat continente și apă foarte devreme – și poate oceane și viață – toate acestea pentru a fi șterse mai târziu de meteoriți, fără a rămâne aproape nicio înregistrare cu excepția acestor zirconi.”
Până acum aproximativ 3,9 miliarde de ani, roiuri de comete și meteoriți au lovit tânărul Pământ suficient de des pentru a vaporiza ocazional zonele de suprafață ale oceanelor și a șterge orice formă de viață care locuia acolo. Cele mai timpurii dovezi cunoscute ale vieții microbiene pe Pământ provin din modelele izotopice ale carbonului investigate de Mojzsis și colegii săi în sedimentele din Groenlanda, vechi de 3,85 miliarde de ani.
Acum, zirconii din Australia de Vest demonstrează că continentele și apa existau acum 4,3 miliarde până la 4,4 miliarde de ani. „Viața ar fi putut avea posibilitatea de a începe cu 400 de milioane de ani mai devreme decât s-a documentat anterior”, a declarat Mojzsis.
„Viața ar fi putut să fi apărut de mai multe ori, doar pentru a fi zdrobită, iar aceasta să prindă contur abia după ce meteoriții se diminuează”, a adăugat Peck.
Mojzsis și Peck fac parte din echipe de cercetare separate, una care a descoperit un zircon de 4,4 miliarde de ani în 1999 și o altă echipă care a scos la iveală anul trecut o pereche de zirconi de 4,3 miliarde de ani din aceeași zonă a formațiunii stâncoase Jack Hills din Australia de Vest. Ambele grupuri și-au publicat studiile în ediția din 11 ianuarie 2001 a revistei britanice Nature.
Zirconul de 4,4 miliarde de ani este „cea mai veche înregistrare a celei mai vechi cruste” de pe Pământ, a spus Peck. Acel zircon și granulele de zircon puțin mai tinere măsoară aproximativ 250 de microni lățime – mai puțin de o sutime de centimetru.
„Aceste zirconii au trecut cu adevărat prin multe încercări”, a spus Peck.
În stânga: Regiunea Jack Hills din Australia de Vest, unde au fost descoperite zirconii. Foto: Simon Wilde.
Istoria lor a început cândva după formarea Pământului, când „apa lichidă a interacționat cu rocile”, a spus el. Această interacțiune se poate întâmpla într-unul din cele trei moduri: când apa face schimb cu mineralele din roci, când cristalele cresc din soluție în apa subterană sau când se depun filonii de minerale. Expunerea la apă a crescut raportul normal scăzut al rocilor între izotopul neobișnuit oxigen-18 și izotopul mai comun oxigen-16, a spus el.
Mai târziu, rocile au fost topite în subteran – sau poate în timpul unui bombardament cu un meteorit – iar zirconii s-au format sub formă de cristale în interiorul granitului topit care se răcea pentru a forma rocă solidă.
Granitul încărcat cu zirconiu a fost în cele din urmă împins în sus pentru a forma munți, care ulterior s-au erodat. Granitul a dispărut, dar zirconii au ajuns în cele din urmă să se odihnească acum 3 miliarde de ani în sedimentele nisipoase ale râurilor australiene. Aceste sedimente s-au întărit mai târziu în roci care ulterior au fost alterate de căldură și presiune.
Ambele echipe de cercetare au folosit instrumente numite microsonde ionice pentru a data și analiza cristalele de zirconiu, care conțin adesea uraniu, elemente de pământuri rare și alte impurități. Uraniul se dezintegrează în plumb cu o rată cunoscută. Rapoartele de uraniu-plumb din zirconi au arătat că aceștia s-au format în urmă cu 4,4 miliarde până la 4,3 miliarde de ani, când s-au cristalizat în granitul topit.
Mai jos: Vedere microscopică a unui cristal de zircon (silicat de zirconiu) determinat ca având o vechime de 4,4 miliarde de ani. Fotografie realizată de John W. Valley
Corticala continentală este diferită de crusta care se află sub oceane. Granitul este o rocă obișnuită pe continente. Iar zirconii se cristalizează în mod obișnuit în granit.
Deci, zirconii indică faptul că granitul era prezent acum 4,3 miliarde până la 4,4 miliarde de ani, în timp ce granitul înseamnă că existau continente la acea vreme. Roci granitice atât de vechi nu au fost găsite; toate au fost ulterior erodate sau reciclate în alt mod. Zirconii antici sunt vestigii supraviețuitoare ale granitului din scoarța terestră din primii ani ai Pământului.
„Faptul că aveți un zircon de 4,4 miliarde de ani din granit sugerează că acolo trebuia să existe rocă din crusta continentală”, a declarat geologul Sam Bowring de la Massachusetts Institute of Technology.
Analiza cu microsonda de ioni a elementelor de pământuri rare din cristalele de zirconiu a găsit, de asemenea, niveluri tipice rocilor continentale, a spus Peck.
Prezența apei pe Pământul tânăr a fost confirmată atunci când ambele grupuri au analizat zirconii pentru izotopi de oxigen și au găsit semnătura revelatoare a rocilor care au fost atinse de apă: un raport ridicat de oxigen-18 la oxigen-16.
Ca urmare, „știm că a existat apă lichidă la un moment dat înainte de acum 4,4 miliarde de ani”, a spus Peck. Apa lichidă trebuia să se adune undeva, ceea ce ridică posibilitatea existenței oceanelor, a adăugat el.
El a spus că este, de asemenea, probabil ca oceanele să fi existat, deoarece „pentru a face continente, trebuie să ai apă”.
Peck a spus că înainte de a exista oceane, plăcile gigantice ale scoarței terestre ar fi putut deja să înceapă să se miște și să se ciocnească între ele, determinând blocuri mari de rocă să se scufunde în jos într-un proces numit subducție. Fără oceane, acele roci nu s-ar fi putut topi pentru a forma roci continentale precum granitul, a spus el.
Mai jos: Afloriment al tipului de rocă în care au fost descoperiți zirconii. Ciocanul arată scara. Foto: Simon Wilde.
După ce au existat oceane, totuși, apa de mare ar fi reacționat cu și ar fi hidratat lava care erupea din vulcanii submarini de pe crestele din mijlocul oceanelor. Lava s-ar fi răcit apoi și ar fi format un nou fund de mare, care mai târziu s-a subductat. Apa prinsă în mineralele din roca care s-a scufundat a scăzut punctul de topire al acesteia, declanșând erupții vulcanice care au produs probabil lanțuri de insule formate din roci granitice. Se crede că astfel de „arcuri de insule” s-au grupat în cele din urmă pentru a forma continente.
„Oceanele, atmosfera și continentele erau la locul lor în urmă cu 4,3 miliarde de ani”, a declarat Mojzsis.
Potrivit lui Peck, este posibil ca primele oceane să se fi format din apa adusă pe Pământ de comete sau să fi fost emisă în timpul erupțiilor vulcanice timpurii din ceea ce au devenit crestele de la mijlocul oceanelor.
Zirconii sugerează că viața ar fi putut exista pe Pământ în urmă cu 4,3 miliarde de ani, a declarat Mojzsis, deoarece erau prezenți trei factori cheie necesari pentru ca viața să se instaleze: energie, materie organică (de la cometele primite și de la reacțiile atmosferice) și – conform zirconilor – apă lichidă.
Credite: Descoperirea zirconului vechi de 4,4 miliarde de ani a fost raportată de Peck, Simon Wilde de la Curtin Institute of Technology din Australia; John Valley de la Universitatea din Wisconsin, Madison; și Colin Graham de la Universitatea din Edinburgh din Marea Britanie. Wilde a descoperit grăuntele vechi de 4,4 miliarde de ani în 1999, în timp ce data zirconii dintr-o rocă colectată în 1984, a precizat Peck. Mojzsis și colegii săi spun că au găsit anul trecut o pereche de zirconi vechi de 4,3 miliarde de ani din aceeași zonă a formațiunii stâncoase Jack Hills din Australia de Vest. Mojzsis a lucrat cu geochimistul Mark Harrison de la Universitatea din California, Los Angeles, și Robert Pidgeon de la Curtin Institute of Technology.