Земля не чекала на початок сучасної тектоніки плит. Вона переміщала воду вглиб планети за мільярди років до того, як людство дізналося про це.
Нові дані із Західної Австралії змінюють уявлення про те, як наша планета почала перекачувати океани в мантію. Вчені підтвердили, що поверхневі води потрапили в глибокі надра Землі понад 3,1 мільярда років тому. Доказ зафіксовано у вулканічних породах регіону Пілбара.
Йдеться не просто про каміння. Це питання про те, як молода та гаряча планета «годувала» свої вулкани.
Механізм, який керує цією ранньою активністю, залишається предметом гострих суперечок у геології. Однак дані вказують на процес, який вчені називають dripduction (умовно – “каплярна тектоніка” або “процес стікання”).
Породи Пілбари зберігають стародавній хімічний слід
Пілбарський кратон – рідкісний свідок тих часів. Більшість найдавнішої земної кори було знищено наступної геологічної активністю. Однак породи Пілбари зберегли хімічний запис, який не дозволяє засумніватися у висновках.
Міжнародна команда під керівництвом доктора Еріка Ванденбурга з Університету Аделаїди проаналізувала геохімію цих 3,1-мільярдрічних каменів. Їхній хімічний відбиток розповів чітку історію: вода була присутня в момент формування магми.
«Нас здивувало виявлення доказів, що великі обсяги води вже проникли вглиб надр Землі і вплинули формування вулканічних порід».
Хімічний склад збігається з таким у сучасних вулканів острівних дуг, як у Тихоокеанському вогненному кільці. Це зони, де стикаються тектонічні плити, одна з яких занурюється під іншу, забираючи воду в мантію. Але такої системи тоді не було. Земля була просто занадто гарячою для того, щоб жорсткі плити могли ковзати одна щодо одної.
То як же вода туди потрапила?
Чому традиційна субдукція не пояснює ранню Землю
Сьогодні ми розуміємо роботу тектоніки плит. Зони субдукції, що переносять водомісткі мінерали глибоко в мантію. Ця вода знижує температуру плавлення навколишніх порід, створюючи магму, яка живить вулкани та сприяє зростанню континентів.
Це досконалий механізм. Проте 3,1 мільярда років тому його не існувало.
Рання Земля була значно гарячішою. Кора, ймовірно, поводилася інакше, не маючи жорсткої структури, необхідної для стандартної субдукції. Геологи довгий час стикалися із цією парадоксальною проблемою. Як поверхневі води досягали мантії та впливали на вулканічну активність без чітких зон субдукції?
Породи Пілбари припускають, що відповідь криється не в питанні «Чи потрапила вода в глибокі надра», а в питанні «як саме».
Dripduction: кора, що занурюється, переміщає воду вниз
Дослідники припускають, що молода Земля використовувала інший механізм транспортування матеріалу. Вони називають його dripduction.
Це простіше, ніж ковзання плит. У цій моделі ділянки холоднішої зовнішньої кори вбирали воду з поверхні. У міру насичення цими ділянками водою вони втрачали стійкість. Вони не ковзали вздовж межі плит, а провисали.
Зрештою, важкі ділянки кори обрушувалися і занурювалися в гарячу мантію нижче. Уявіть собі щільний матеріал, що стікає зі стелі, як краплі дощу.
У міру того, як ці багаті водою фрагменти занурювалися вниз, вони потрапляли в все більш гарячі середовища. Вода, що вивільняється з породи, що занурюється, вступала у взаємодію з мантією, сприяючи її плавленню і генерації магми. Ця магма піднімалася, вивергалася через вулкани і остигала, перетворюючись на ті породи, які ми сьогодні знаходимо в Пілбарі.
Цей процес дозволяв поверхневому матеріалу рухатися вниз без необхідності повністю розвиненої системи сучасної тектоніки. Він також дозволяв молодій планеті рециркулювати воду між поверхнею та надрами задовго до того, як континенти набули свого сучасного вигляду.
Ранній рециклінг сформував майбутнє Землі
Це відкриття зсуває часові рамки початку обміну матеріалом між корою, мантією та атмосферою Землі. Цей зв’язок життєво важливий для довгострокової еволюції планети.
Глибокий рециклінг води визначає місця утворення магми. Він впливає на вулканічні виверження. Протягом еонів він допомагає перерозподіляти хімічні елементи, необхідні життя.
Знахідки в Пілбарі припускають, що цей обмін почався набагато раніше, ніж раніше. Рання Земля була застиглою сферою із ізольованою поверхнею. Вода вже циркулювала. Вона формувала магму, живила вулкани та сприяла зростанню континентів, поки планета ще перебувала у дитинстві.
Ми тільки починаємо відновлювати картину того, як працювала перша циклічна система. Породи Західної Австралії мовчали мовчання мільярди років. Нарешті вони почали говорити.
Джерело: «Сучасний вміст води, подібне до острівних дуг, в джерелі 3,1-мільярднолітніх вулканічних порід» авторства Еріка Д. Ванденбурга та ін, опубліковано в журналі Nature Communications.
