Древние тексты пересказывают то, что мы знали о тектонике Земли и ее недрах

Геологический отпечаток в сердце Австралии

Представьте себе планету, где еще нет привычных нам материков, а недра настолько горячие, что привычные законы геологии просто не действуют. Именно такой была Земля более трех миллиардов лет назад. Однако даже в те древние времена между поверхностью и глубинными слоями уже происходил активный обмен веществами, который ранее считался невозможным. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в научном журнале Nature Communications.

Ключ к этой тайне нашли в регионе Пилбара, что в Западной Австралии. Местные вулканические породы, возраст которых достигает 3,1 миллиарда лет, сохранили в себе химические "автографы" путешествия воды вглубь планеты.

Международная группа исследователей под руководством доктора Эрика Ванденбурга из Университета Аделаиды проанализировала состав этих древних пород. Результаты оказались ошеломляющими: химическая сигнатура указывает на то, что вода с поверхности попадала в мантию – горячий слой под земной корой – задолго до того, как на планете сформировалась современная система тектонических плит.

Эти породы образовались более трех миллиардов лет назад, когда Земля была совсем другим местом– прокомментировал геохимик из Университета Аделаиды доктор Эрик Ванденбург.

Сегодня мы знаем, что океаны и недра связаны посредством тектоники плит. В зонах субдукции одна плита погружается под другую, унося с собой минералы, содержащие воду. Эта вода действует как катализатор: она снижает температуру плавления окружающих пород, что приводит к образованию магмы. Именно этот процесс питает вулканы Тихоокеанского "огненного кольца" и способствует росту континентов.

Однако для ранней Земли эта модель не работает. Из-за колоссального внутреннего тепла планеты ее кора в те времена не была достаточно жесткой, чтобы образовывать прочные подвижные плиты. Без привычных зон субдукции ученые долгое время не могли объяснить, как вода с поверхности могла проникать на такую глубину.

Эффект "дрипдукции": когда кора начинает тонуть

Вместо привычного движения плит исследователи предложили другой механизм, который они назвали "дрипдукцией" (от английского drip – капать). Несмотря на то, что молодая Земля была очень горячей, отдельные участки ее внешней коры остывали и впитывали воду. Со временем они становились настолько плотными и тяжелыми, что теряли устойчивость. Вместо того чтобы скользить в сторону, эти массивные блоки начинали прогибаться и буквально "стекать" каплями в горячую мантию под ними.

Когда этот материал попадал в раскаленные глубины, он выделял воду. Это стимулировало плавление и порождало магму, которая вновь поднималась к поверхности, извергаясь через древние вулканы.

Именно так образовались породы, которые сегодня исследователи находят в кратоне Пилбара. Этот регион уникален, ведь большая часть древнейшей коры планеты была уничтожена или изменена более поздней геологической активностью, а здесь следы древних процессов сохранились почти в первозданном виде.

Фундамент для жизни и материков

Это открытие меняет представление о том, как Земля развивалась на ранних этапах. Оказывается, планета не была разделена на изолированные системы поверхности и недр. Глубокая переработка воды началась значительно раньше, чем считалось до сих пор. Этот обмен веществ имеет решающее значение для долгосрочного развития планеты, ведь он влияет на формирование континентов и перераспределение химических элементов, необходимых для возникновения благоприятной для жизни среды.

Земля функционировала не совсем так, как сейчас, но, похоже, некоторые ключевые процессы уже были запущены– добавил доктор Эрик Ванденбург.

Изучение химических "отпечатков пальцев" внутри вулканических пород позволило геологам реконструировать события, которые невозможно наблюдать непосредственно. Теперь исследователи могут сосредоточиться не на вопросе, попадала ли вода в мантию, а на детальном изучении процессов, обеспечивавших этот круговорот в те времена, когда Земля делала свои первые шаги.