Den tidlige jorden var et infernalsk sted: varm, roiling, raskt roterende og bombardert av romrester, inkludert et Mars-størrelse legeme hvis innvirkning skapte månen.
Den samme påvirkningen gjorde også hele overflaten av den nydannede jorden til et smeltet magmahav. Nå finner ny forskning at planetens raske spinn kan ha påvirket hvordan dette smeltede havet avkjølte seg.
Hastigheten på jordens rotasjon kan ha påvirket hvor mineralsilikatet krystalliserte og slo seg ned når magmahavet stivnet, viser den nye studien. Den ujevne ansamlingen av silikat og andre mineraler kan ha påvirket starten av platetektonikk eller kan til og med bidra til å forklare den rare sammensetningen av dagens mantel, sa Christian Maas, geofysiker ved Universitetet i Münster i Tyskland.
Hot Earth
Maas er hovedforfatter av den nye studien som undersøker hvordan det gamle magmahavet avkjølte seg og mineralene i det krystalliserte. Disse prosessene startet alle for rundt 4,5 milliarder år siden, ikke lenge etter at Jorden ble dannet, da et planetlegeme på størrelse med Mars smalt inn i den nyfødte planeten. Påvirkningen slo av en del av rusk som dannet månen, samtidig som den skapte så mye varme at jordoverflaten ble et hav av magma på flere tusen mil dypt.
"Det er veldig viktig å vite hvordan magmahavet så ut," sa Maas til Live Science. Da det varme havet avkjølte, satte det scenen for all geologien som skulle komme neste gang, inkludert platetektonikk og planetens moderne lagdelte, mantel-og-skorpe-arrangement.
En ting ikke mange forskere har vurdert, sa Maas, er hvordan jordas rotasjon ville ha påvirket avkjølingen. Ved hjelp av en datamaskinsimulering tok Maas og kollegene dette spørsmålet opp, og modellerte krystalliseringen av en type mineral, silikat, som utgjør en stor del av jordskorpen.
Ro deg ned
Simuleringen viste at hastigheten på planetens rotasjon påvirket der silikatet slo seg ned i de tidlige stadiene av magmahavets avkjøling, noe som antagelig skjedde over tusen til en million år. Med langsom rotasjon, i området 8 til 12 timer per omdreining, forblir krystallene i suspensjon, mens de forblir jevnt fordelt over magmahavet.
Når rotasjonshastigheten øker, endres fordelingen av krystallene. Med moderat eller høy hastighet legger krystallene seg raskt til bunns i nord- og sørpolene og beveger seg til den nederste halvdelen av magmahavet nær ekvator. På de midterste breddegrader forblir krystallene suspendert og fordeles jevnt.
På de aller raskeste rotasjonshastighetene - en full rotasjon på rundt 3 til 5 timer - samles krystallene på bunnen av magmahavet uansett breddegrad. Konveksjon i den roiling magma nær de polare områdene fikk imidlertid krystallene til å boble opp, slik at det krystalliserte laget ikke var veldig stabilt.
Forskere vet ikke nøyaktig hvor raskt den tidlige jorda roterte, selv om de anslår at den snurret fullstendig på omtrent 2 til 5 timer på tidspunktet for magmahavets eksistens.
Studien, som ble publisert i den kommende mai-utgaven av tidsskriftet Earth and Planetary Science Letters, vurderte ikke andre typer mineraler eller modellerte silikatfordelingen utover den første fasen av magmahavets krystallisering. Å legge andre mineraltyper inn i modellen er neste trinn, sa Maas.
Han la til at han også er interessert i å studere senere planetariske virkninger. Ikke lenge etter den gigantiske, månedannende påvirkningen, fikk jorden sannsynligvis truffet med mindre rombergarter, sa Maas. Hvis jordens rotasjon fikk magmahavet til å krystallisere ujevnt, kunne mineralene i de biter av interstellar rusk ha blitt innlemmet i Jorden veldig annerledes, avhengig av hvor de landet, sa han.
Det er heller ikke klart om dagens mantel beholder spor etter denne brennende begynnelsen. Den moderne mantelen er litt av et mysterium. Spesielt forvirrende er "klatterne", to kontinentalstore områder med varm stein som alltid bremser eventuelle seismiske bølger fra jordskjelv som går gjennom. Riktig kjent som "store provinser med lav skjærhastighet" eller LLSVPs, er disse klatter hver 100 ganger høyden på Mount Everest, men ingen vet hva de er laget av eller hvorfor de er der.
Det er fortsatt mange punkter som ikke er koblet mellom dagens mantelanomalier som klatter og det gamle magmahavet på den tidlige jord, sa Maas. Kanskje har alle spor etter det brennende havet lenge blitt visket ut av geologiske krefter, la han til. Men å finne ut hvordan den opprinnelige solide overflaten av planeten så ut, kan være med på å forklare hvordan den utviklet seg til sin nåværende tilstand.
