A Föld korai története rejtélybe burkolózik, mert a tektonikus lemezek mozgása sok geológiai nyomot eltüntetett. A kevéske meglévő bizonyíték jobbára cirkonkristályokból származik, amelyek tartós ásványi szerkezetükben megőrzik a kémiai információkat. Egy nemrég közzétett tanulmány szerzői szerint az ősi Föld több oxigént – és valószínűleg több vizet – tartalmazhatott, mint azt korábban feltételezték, és a jelek arra utalnak, hogy a lemeztektonika már legalább 3,3 milliárd évvel ezelőtt, a Föld 4,5 milliárd éves történetének viszonylag korai szakaszában megkezdődhetett.

Az ősi kőzetekben a vártnál több oxigén jelenléte arra utal, hogy a bolygón a körülmények ebben az időszakban kedvezőbbek lehettek az élet számára, mint azt korábban sejtették. Ha pedig a tektonikus lemezek már ekkor is mozogtak, az azt jelenti, hogy a Földön már zajlottak azok a geológiai folyamatok, amelyek a bolygót formálják, és amelyek – a fontos vegyi anyagok újrahasznosításával – elősegítik az élet kialakulását.

Az új kutatás csak egy lépés a szakértők hosszú távú erőfeszítéseiben, hogy megfejtsék, milyen volt a korai Föld. „Ez talán 3 vagy 4 darab egy tízezres kirakósból” – mondja Shane Houchin, a Kaliforniai Műszaki Intézet geológusa és a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője.

Houchin és kollégái több tucat cirkonkristályt vizsgáltak a nyugat-ausztráliai Jack Hills-ből. Ezek a Föld legrégebbi ismert kőzetdarabjai. Néhányuk eredete a hadaikumig nyúlik vissza, amely a bolygó kialakulásával kezdődött és körülbelül négy milliárd évvel ezelőtt ért véget. A szakértők számos technikával vizsgálták a kristályokat, többek között kifinomult röntgenelemzéssel, amely során kiderült, hogy a kristályperemekben található urán a vártnál jobban oxidálódott, vagyis elvesztette elektronjait, ami oxigén jelenlétében történhetett.

Mivel a cirkonkristályok olvadt magmából alakultak ki a Föld kéregében, nyomokat tartalmaznak arra vonatkozóan, hogy a magma hogyan hatott a légkörre. „A vulkánokból kilépő gázok összetétele a magma oxidációjától függ, és ez befolyásolja, hogy mennyi oxigén lehet a légkörben” – mondja Houchin.

A cirkonkristályok betekintést nyújthatnak a geológia egyik legvitatottabb témájába is: vagyis hogy mikor és hogyan kezdtek el mozogni a Föld tektonikus lemezei. Az első kőzetlemezek az ősi Föld olvadt magmájából alakulhattak ki. Ezeknek a lemezeknek a későbbi mozgása végül létrehozta a bolygót ma jellemző dinamikát, például az óceánok és a hegyláncok elrendezéseit.

Houchin csapata elemezte a kristályokat, hogy megvizsgálják, azok magas vagy alacsony hőmérsékleten és nyomáson alakultak-e ki. A hadaikumból származó kristályokról úgy tűnik, hogy magas hőmérsékleten formálódtak, még akkor is, ha a nyomás viszonylag alacsony volt, ami arra utal, hogy a kőzet viszonylag kis mélységben is forró volt. De hasonló hőmérsékleten a Föld történetének későbbi szakaszából – körülbelül 3,3 milliárd évvel ezelőttről – származó kristályok magasabb nyomású keletkezést mutattak. Ezek a későbbi kőzetek akkor jöhettek létre, amikor a kőzetlemezek mélyebbre kerültek a bolygó belsejébe, ahol a nyomás is magasabb. Ha így van, akkor a kőzetlemezek már akkoriban is mozogtak.

A munka összhangban áll más eredményekkel, többek között a Nature magazinban a múlt hónapban megjelent cikkel, amelyben Valley és munkatársai szintén a Jack Hills cirkonkristályait vizsgálták, hogy nyomokat találjanak a lemeztektonika történetére vonatkozóan. Az a csapat nyomelemeket, többek között nióbiumot elemezve kereste a mai kontinenseket alkotó kőzetekhez hasonló anyagok kémiai ujjlenyomatait. A kutatók megállapították, hogy a kőzetlemezek már több mint négy milliárd évvel ezelőtt is mozogtak és egymás alá buktak.

A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy többféle tektonikai „stílus” is működhetett egyszerre. A kéreg egyes részei passzívan süllyedhettek nagy mélységekbe, egyszerűen azért, mert lehűlésük után kevésbé tudtak lebegni. Más részek „úszásképesebb”, kontinentális típusú kőzetekből álltak, de az egymással való ütközések következtében mégis lefelé nyomódhattak.

Houchin szeretné kiterjeszteni csapata elemzését több száz további kristályra, hogy kollégáival további részleteket derítsenek ki az ősi Földről. „Részleges bizonyítékaink már vannak, most megpróbáljuk feltárni a teljes eredettörténetet” – mondja.