Земля не ждала начала современной тектоники плит. Она перемещала воду вглубь планеты за миллиарды лет до того, как человечество узнало об этом.
Новые данные из Западной Австралии меняют представление о том, как наша планета начала перекачивать океаны в мантию. Ученые подтвердили, что поверхностные воды попали в глубокие недра Земли более 3,1 миллиарда лет назад. Доказательство зафиксировано в вулканических породах региона Пилбара.
Речь идет не просто о камнях. Это вопрос о том, как молодая и горячая планета «кормила» свои вулканы.
Механизм, управляющий этой ранней активностью, остается предметом острых споров в геологии. Однако данные указывают на процесс, который ученые называют dripduction (условно — «каплярная тектоника» или «процесс стекания»).
Породы Пилбары хранят древний химический след
Пилбарский кратон — редкий свидетель тех времен. Большая часть древнейшей земной коры была уничтожена последующей геологической активностью. Однако породы Пилбары сохранили химическую запись, которая не позволяет усомниться в выводах.
Международная команда под руководством доктора Эрика Ванденбурга из Университета Аделаиды проанализировала геохимию этих 3,1-миллиарднолетних камней. Их химический отпечаток рассказал четкую историю: вода присутствовала в момент формирования магмы.
«Нас удивило обнаружение доказательств того, что большие объемы воды уже проникли вглубь недр Земли и повлияли на формирование вулканических пород».
Химический состав совпадает с таковым у современных вулканов островных дуг, таких как в Тихоокеанском огненном кольце. Это зоны, где сталкиваются тектонические плиты, одна из которых погружается под другую, утаскивая воду в мантию. Но такой системы тогда не существовало. Земля была просто слишком горячей для того, чтобы жесткие плиты могли скользить друг относительно друга.
Так как же вода туда попала?
Почему традиционная субдукция не объясняет раннюю Землю
Сегодня мы понимаем работу тектоники плит. Зоны субдукции переносящие водосодержащие минералы глубоко в мантию. Эта вода снижает температуру плавления окружающих пород, создавая магму, которая питает вулканы и способствует росту континентов.
Это совершенный механизм. Однако 3,1 миллиарда лет назад его не существовало.
Ранняя Земля была значительно горячее. Кора, вероятно, вела себя иначе, не обладая жесткой структурой, необходимой для стандартной субдукции. Геологи долгое время сталкивались с этой парадоксальной проблемой. Как поверхностные воды достигали мантии и влияли на вулканическую активность без четких зон субдукции?
Породы Пилбары предполагают, что ответ кроется не в вопросе «попала ли вода в глубокие недра», а в вопросе «как именно».
Dripduction: погружающаяся кора перемещает воду вниз
Исследователи предполагают, что молодая Земля использовала другой механизм для транспортировки материала. Они называют его dripduction.
Это проще, чем скольжение плит. В этой модели участки более холодной внешней коры впитывали воду с поверхности. По мере насыщения этими участками водой они теряли устойчивость. Они не скользили вдоль границы плит, а провисали.
В конечном итоге тяжелые участки коры обрушались и погружались в более горячую мантию ниже. Представьте себе плотный материал, стекающий с потолка, как капли дождя.
По мере того как эти богатые водой фрагменты погружались вниз, они попадали в все более горячие среды. Вода, высвобождающаяся из погружающейся породы, вступала во взаимодействие с мантией, способствуя ее плавлению и генерации магмы. Эта магма поднималась, извергалась через вулканы и остывала, превращаясь в те породы, которые мы сегодня находим в Пилбаре.
Этот процесс позволял поверхностному материалу двигаться вниз без необходимости наличия полностью развитой системы современной тектоники. Он также позволял молодой планете рециркулировать воду между поверхностью и недрами задолго до того, как континенты приняли свой современный облик.
Ранний рециклинг сформировал будущее Земли
Это открытие сдвигает временные рамки начала обмена материалом между корой, мантией и атмосферой Земли. Эта связь жизненно важна для долгосрочной эволюции планеты.
Глубокий рециклинг воды определяет места образования магмы. Он влияет на вулканические извержения. На протяжении эонов он помогает перераспределять химические элементы, необходимые для жизни.
Находки в Пилбаре предполагают, что этот обмен начался намного раньше, чем считалось ранее. Ранняя Земля не была застывшей сферой с изолированной поверхностью. Вода уже циркулировала. Она формировала магму, питала вулканы и способствовала росту континентов, пока планета еще находилась в младенчестве.
Мы только начинаем восстанавливать картину того, как работала эта первая циклическая система. Породы Западной Австралии хранили молчание миллиарды лет. Наконец-то они начали говорить.
Источник: «Современное содержание воды, подобное островным дугам, в источнике 3,1-миллиарднолетних вулканических пород» авторства Эрика Д. Ванденбурга и др., опубликовано в журнале Nature Communications.
