En klump av magma som är inbäddad i en bubbla som är mindre än bredden på ett mänskligt hår och finns i Sydafrika kan vända tillbaka klockan på jordens första långsamma dans av de steniga plattorna som utgör dess yttre skal.
Kemikalierna inuti den lilla klossen tyder på så kallade plattaktonik revved upp under de första miljarder år av jordens existens.
Sedan 1950-talet har forskare känt att jordskorpan är gjord av jätteplattor som kallas tektoniska plattor som flyter över jordens smälta mantel. Dessa kolossala plattor möts i subduktionszoner, där den lättare plattan glider under den tyngre in i mantlets djup. Den sjunkande skorpan, infuserad med mineraler som samlats upp från jordens yta, smälter till magma under de extrema tryck och temperaturer i jordens inre.
När exakt denna planetåtervinning började har diskuterats varmt. Uppskattningarna sträcker sig från 1 till 4 miljarder år sedan. Nu har ett internationellt team av forskare upptäckt att subduktionen av jordskorpan troligen började för mer än 3,5 miljarder år sedan. Deras resultat publicerades 15 juli i tidskriften Nature.
"Plattaktonik kan vara den huvudsakliga processen på jorden som gör den annorlunda än andra planeter i vårt solsystem och som kan vara ganska betydelsefull för studiet av livet på jorden," sade Alexander Sobolev, huvudförfattare till tidningen och en geokemist vid Université Grenoble Alpes i Frankrike.
Den mikroskopiska pärlan av kyld magma vid roten till deras upptäckt låg i vila i mer än 3,3 miljarder år, skyddad av dess olivinkristallgrav och oförändrad av dess omgivande miljö. Det var en tidskapsel från en av de tidigaste eonerna i jordens historia.
Olivinkristallen, inte större än ett sandkorn, hittades i en komatiitrock, uppkallad efter Komatifloden i Sydafrika där sådana stenar upptäcktes. De bildades när utomordentligt heta magma plummar steg från manteln till jordytan (när magma når jordens yta, det kallas lava) under den arkeiska perioden (2,5 miljarder till 4 miljarder år sedan). Dessa sällsynta stenar är exceptionellt värdefulla för geologer eftersom de ger en inblick i de tidiga förhållandena i jordens mantel.
För att studera den lilla magmainföringen remulerade Sobolev och hans team de ovala kristallerna genom att värma dem till mer än 2 700 grader Fahrenheit (1 500 grader Celsius) och snabbt kylda dem i isvatten för att bilda ett glasartat prov. De använde sedan avancerade instrument för att mäta den kemiska sminkningen av den glasartade magma och bestämma dess ursprung.
Forskarna upptäckte att magma innehöll ett antal signaturer av subducerad havskorpa, inklusive höga koncentrationer av vatten och klor, och låga nivåer av deuterium (en tung version av väte). De drog slutsatsen att magma har sitt ursprung i de smälta resterna av en gammal havsbotten.
"Om så är fallet betyder det mycket," sade Sobolev. "Det betyder att havsvattensförändrad skorpa från ytan föll ner i manteln för nästan 3,3 miljarder år sedan. Eftersom alla dessa processer är långsam kan du förvänta dig att från den punkt från den här källan gick ner till den punkt där den nådde ytan Återigen tog det minst 100 till 200 miljoner år. Det betyder att denna process startade inom de första miljarder åren av jordens historia. "
