최근 지구 판 구조가 큰 변화를 겪었습니다.

Rust-9D/iStock

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놀랍게도 과학자들은 어제(7월 27일) Nature에 발표된 연구에 따르면 지구의 판구조론이 먼 과거에는 훨씬 다르게 작동했을 수도 있다고 제안합니다.

새로운 발견은 45억년 전 지구가 형성된 직후 맨틀 대류가 시작되어 맨틀 전체에 걸쳐 발생했다는 전통적인 믿음에 도전합니다.

대신, 이 연구는 판 구조론이 지구 초기 역사에서 상부 맨틀에 국한되었다고 주장합니다.

더욱이, 이 층화가 사실이라면 하부 맨틀에는 지구의 원래 구성에 대한 통찰력과 생명의 발달에 필요한 필수 휘발성 물질의 잠재적 원천에 대한 통찰력을 제공하는 방해받지 않는 원시 물질이 있을 수 있습니다.

판 구조론은 지구 표면의 구조 판의 움직임과 상호 작용에 관한 것입니다. 그것들은 모든 지진, 화산, 산 건설(몇 가지 예를 들자면)의 원인입니다.

이 판은 지각의 일부이며 지각 아래 층인 맨틀의 대류에 의해 느린 움직임을 보입니다. 다시 한번 강조하자면, 지구 내부 구조의 이미지는 다음과 같습니다.

Srimadhav/위키미디어 공용

전통적인 이해에 따르면, 맨틀 대류는 45억년 전 지구가 형성된 이래로 계속 진행되어 왔으며 단층으로 작동해 왔습니다.

그러나 새로운 연구에서는 이 '단일층 시나리오'가 지구 지질학적 역사의 비교적 최근의 특징이라고 주장합니다.

"우리의 새로운 결과는 지구 역사의 대부분 동안 맨틀의 대류가 두 개의 별개의 층, 즉 서로 분리된 상부 및 하부 맨틀 영역으로 계층화되었음을 시사합니다"라고 코펜하겐 대학교의 Zhengbin Deng이 설명했습니다. 성명.

저자들은 특정 광물이 상전이를 겪는 지구 표면 아래 약 660km에서 층화가 발생했을 것이라고 믿고 있습니다.

공동저자인 마틴 쉴러(Martin Schiller) 부교수는 “과거에는 섭입된 판을 맨틀 안으로 재활용하고 혼합하는 것이 강한 대류가 일어나는 상부 맨틀에만 국한되어 있다는 것을 우리의 연구 결과가 보여주고 있다”고 말했다.

"이것은 섭입 판이 하부 맨틀로 가라앉는 오늘날 판 구조론이 작동한다고 생각하는 방식과 매우 다릅니다."

연구자들은 암석에 있는 티타늄의 동위원소 구성을 분석하는 새로운 방법을 개발하여 호주의 현대 용암까지 38억년 전의 맨틀 암석을 연구할 수 있었습니다.

티타늄 동위원소는 지각이 형성될 때 변화하기 때문에 특히 유용합니다. 이는 과학자들이 시간이 지남에 따라 맨틀에서 표면 물질이 어떻게 재활용되는지 추적하는 데 도움이 됩니다.

이번 연구의 발견은 또한 지구 초기 형성 이후 보존된 맨틀 물질의 저장소인 '원시 맨틀'의 존재에 대한 흥미로운 암시를 담고 있습니다.

지각판의 재활용과 혼합이 상부 맨틀에만 국한된다면, 하부 맨틀에는 방해받지 않은 원시 물질이 포함되어 있을 수 있습니다.

공동 저자인 마틴 비자로(Martin Bizzarro) 교수는 “우리의 새로운 티타늄 동위원소 데이터를 통해 어떤 현대 심부 화산이 지구의 원시 맨틀을 샘플링하는지 확실하게 식별할 수 있게 되었습니다.”라고 강조했습니다.

"이것은 우리 행성의 원래 구성에 대한 시간 창을 제공하고 생명체가 발달하는 데 필수적인 지구 휘발성 물질의 근원을 식별할 수 있게 해주기 때문에 매우 흥미롭습니다."

이러한 발견의 의미를 완전히 파악하려면 더 많은 연구가 필요하지만, 이번 연구는 지구의 지질학적 과거와 독특한 특징을 이해하는 데 있어 중요한 진전을 나타냅니다.

전체 연구는 7월 27일 Nature에 게재되었으며 여기에서 확인할 수 있습니다.

연구 요약:

지구의 맨틀은 약 660km 지점에서 지진에 의해 분리된 상부 맨틀 영역과 하부 맨틀 영역으로 구성된 2층 구조를 가지고 있습니다(참조 1,2). 그러나 지구 역사 전반에 걸쳐 이러한 맨틀 영역 사이의 물질 이동 정도는 제대로 이해되지 않았습니다. 대륙 지각 추출은 Ti-안정 동위원소 분류를 통해 동위원소적으로 가벼운 용융 잔류물을 생성합니다3,4,5,6,7. 이러한 구성 요소의 맨틀 재활용은 오랜 시간 추적 가능한 Ti 동위원소 변동성을 부여할 수 있습니다. 우리는 콘드라이트, 38억~20억년 전(Ga)의 고대 육상 맨틀 유래 용암 및 현대 해양 섬 현무암(OIB)에 대한 초고정밀 49Ti/47Ti 비율을 보고합니다. 콘드라이트를 기반으로 한 우리의 새로운 Ti 벌크 규산염 지구(BSE) 추정치는 일반적인 중앙해령 현무암(N-MORB)에 의해 샘플링된 현대 상부 맨틀보다 0.052 ± 0.006‰ 더 무겁습니다. 지구 상부 맨틀의 49Ti/47Ti 비율은 3.5Ga 이전에 콘드리암이었으며 대략 3.5~2.7Ga 사이에서 N-MORB와 유사한 구성으로 진화하여 이 시대에 더 많은 대륙 지각이 추출되었음을 입증합니다. BSE와 N-MORB 사이의 +0.052 ± 0.006‰ 오프셋은 지구 맨틀의 30% 미만이 재활용된 지각 물질과 평형을 이루어야 하며, 이는 상부 맨틀과 하부 맨틀 사이의 제한된 물질 교환을 의미하며, 따라서 원시 하부 맨틀 저수지가 보존됨을 의미합니다. 지구의 지질학적 역사의 대부분. 현대의 OIB는 콘드리암에서 N-MORB 구성에 이르는 가변적인 49Ti/47Ti 비율을 기록하는데, 이는 지구의 원시 맨틀이 계속해서 파괴되고 있음을 나타냅니다. 따라서 상부 맨틀과 하부 맨틀 사이의 높은 물질 이동을 보이는 현대 스타일의 판구조론은 지구 역사의 최근 특징을 나타낼 뿐입니다.