Новое исследование ученых из Института Океанографии Скриппса в Калифорнийском университете в Сан-Диего и Чикагского университета проливает свет на горячо спорные дебаты в науках о Земле: когда началась субдукция плит?

Согласно выводам, опубликованным 9 декабря в журнале Science Advances, этот процесс мог начаться 3,75 миллиарда лет назад, изменив земную поверхность и подготовив почву для планеты, гостеприимной для жизни.

Для геохимиков, таких как доцент Скриппс и ведущий автор исследования Сара Ааронс, ключ к самой ранней обитаемости Земли лежит в элементах, из которых состоят древние породы, в частности титан. Ааронс проанализировал образцы древнейших известных на Земле пород из комплекса гнейсов Акасты в канадской тундре-обнажения гнейсов возрастом 4,02 миллиарда лет. Эти породы датируются Хадейским эоном, который начался в начале формирования Земли и определялся адскими условиями на планете, которая выглядела бы чуждой нашим современным глазам.

Исследования Ааронса были сосредоточены на изотопах, которые представляют собой вариации одного и того же элемента, основанные на количестве нейтронов, которые они имеют. Взяв образцы из гнейса Акасты, предоставленные Джесси Рейминком, доцентом Университета штата Пенсильвания, она измельчила кусочки породы в порошок, который затем был нагрет, чтобы сформировать стеклянную бусину, процесс, который позволяет растворить Титан, который она хотела проанализировать. После охлаждения шарик растворяли в кислоте, а Титан химически отделяли от других элементов. Затем Ааронс смогла определить вариации изотопов титана, присутствующих в образце, с помощью масс-спектрометра в лаборатории Origins, возглавляемой ее коллегой Николасом Дофасом из Чикагского университета.

Ааронс сравнил эти образцы с более новыми, современными породами, образовавшимися в зонах субдукции. В образцах, возраст которых составляет 3,75 миллиарда лет, она заметила сходство в структуре и составе с современными образцами, предполагая, что субдукция плит началась примерно в то же время.

"Много предыдущих работ было сделано на этих породах, чтобы тщательно датировать их и обеспечить геохимический и петрологический контекст", - сказал Ааронс. "Нам очень повезло получить возможность измерить изотопный состав титана, растущую изотопную систему в этих образцах."

Изучение истории возникновения и возникновения древних зон субдукции, как известно, чрезвычайно сложно. Породы постоянно разрушаются по мере того, как кору загоняют внутрь мантии, оставляя после себя несколько образцов, относящихся к самой ранней истории Земли. Ученые долго спорили, когда началась тектоника плит и субдукция, причем оценки варьировались от 0,85 до 4,2 миллиарда лет назад—более двух третей истории планеты. Обнаружить, когда началась субдукция плит, означает точно определить, когда земля перешла от планеты, где преобладают переходные массы суши, пронизывающие поверхность океанов, к планете, состоящей из долгоживущих континентов, где долгосрочные биогеохимические циклы контролируются вулканической дегазацией и рециркуляцией в недра Земли.

Субдукция плит происходит при столкновении океанической и континентальной коры. Поскольку континентальная кора толще и менее плотна, океаническая кора толкается вниз в мантию Земли со средней скоростью в несколько сантиметров каждый год. Этот контакт с мантией создает области, достаточно горячие для выхода магмы на поверхность, создавая вулканы, такие как Гора Сент-Хеленс и другие, найденные вдоль Тихоокеанского края.

Тектоника плит и зоны субдукции ответственны за то, как выглядит Земля, стимулируя создание континентальных плит и бассейнов, которые заполнятся, чтобы стать океанами. Они также являются основным регулятором химических характеристик поверхности планеты и, вероятно, ответственны за способность Земли поддерживать жизнь. Эти тектонические зоны ответственны за формирование возникших континентов и обеспечивают важный контроль над климатом, регулируя количество парникового углекислого газа в атмосфере.

В образцах горных пород четырехмиллиардной давности Ааронс увидел сходство с современными породами, которые формируются в условиях шлейфа, таких как Гавайи и Исландия, где суша дрейфует над горячей точкой. Однако в породах возрастом 3,75 миллиарда лет она заметила сдвиг тенденции к породам, которые формируются в современных зонах субдукции, предполагая, что примерно в это время в истории Земли эти области начали формироваться.

"Хотя тенденция в данных по изотопам титана не дает доказательств того, что тектоника плит происходила глобально, она указывает на наличие влажного магматизма, который поддерживает субдукцию в это время", - сказал Ааронс.

ИСТОЧНИК