Начало тектоники Земли определили по древним цирконам
Древние горные кристаллы из Австралии позволяют предположить, что ранняя Земля, возможно, не так сильно отличалась от современной планеты, как считали ученые.
Ранняя история Земли окутана тайной, поскольку движение тектонических плит стерло множество геологических свидетельств. Один из немногих сохранившихся источников информации — кристаллы циркона, в чьей прочной минеральной структуре законсервированы химические данные. Они и стали объектом нового исследования в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Его авторы пришли к выводу, что в древней земной коре могло быть больше кислорода (а возможно, и воды), чем принято считать. Более того, тектоника плит, судя по всему, была активной уже как минимум 3,3 миллиарда лет назад — относительно рано для 4,5-миллиардной истории Земли.
Присутствие в этих породах большего, чем ожидалось, количества кислорода указывает на то, что условия на планете в тот период могли быть более благоприятными для жизни, чем считалось ранее. А если тектонические плиты пришли в движение, значит, к тому моменту были запущены некоторые из геологических процессов, формирующих облик Земли и — путем рециркуляции важнейших химических элементов — делающих возможным само существование жизни.
Каменные свидетели
Исследователи изучили несколько десятков кристаллов циркона из района Джек-Хиллс в Западной Австралии. Это древнейшие из известных фрагментов земных пород. Некоторые из них относятся к катархею (гадейскому эону) — эпохе, начавшейся с формированием планеты и закончившейся около четырех миллиардов лет назад.
В работе применялись передовые методы, включая сложный рентгеновский анализ химического состояния краевых зон кристаллов, проведенный на источнике синхротронного излучения Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории. Уран в этих краевых зонах оказался более окисленным, чем ожидалось. Значит, в атмосфере был кислород, и кристаллы, образуясь из расплавленной магмы, этот факт зафиксировали.
«Состав газов, выходящих из вулканов, зависит от степени окисленности магмы, а это, в свою очередь, влияет на то, сколько кислорода может оказаться в атмосфере», — объясняет геолог Шейн Хоучин из Калифорнийского технологического института, ведущий автор статьи.
Его коллеги, не принимавшие участия в исследовании, считают этот подход оригинальным. Но полагают, что результаты не помешало бы подтвердить другими методами: окисление урана могло быть вызвано различными причинами, в том числе поведением газов в исходной магме.
Глубокое погружение в историю
Цирконы также могут пролить свет на один из самых спорных вопросов геологии: когда и как начали двигаться тектонические плиты. Первые твердые плиты могли сформироваться из расплавленной магмы на первозданной Земле. Их последующее движение в конечном итоге создало ту динамику, которая формирует облик планеты сегодня — например, расположение океанов и горных цепей.
Геохимики проанализировали цирконы, чтобы примерно понять условия их образования. Кристаллы катархея несут признаки формирования при высоких температурах, даже когда давление было относительно низким — то есть даже на небольшой глубине порода была горячей. Однако при сопоставимом давлении кристаллы, относящиеся к более позднему периоду истории Земли (около 3,3 миллиарда лет назад), показали более низкие температуры. Причиной могло стать погружение плит глубже в недра планеты, где давление выше. Если это так, то к тому времени плиты коры уже перемещались.
Эти результаты согласуются с другим исследованием цирконов, вышедшем не так давно в Nature. По его результатам блоки коры перемещались и погружались друг под друга уже в катархее, более 4 миллиардов лет назад.
Хоучин намерен расширить анализ своей команды, включив в него еще сотни цирконов, чтобы выяснить, какие еще тайны древней Земли можно разгадать. «У нас есть лишь отрывочные свидетельства, а мы хотим восстановить историю происхождения», — заключил он.
