Всплески мантии или столкновение плит: геологи спорят о путях формирования первых континентов
Геологи из Гонконгского университета (HKU) совершили прорыв в понимании того, как формировались ранние континенты Земли в архейское время, более 2,5 миллиарда лет назад. Их результаты, недавно опубликованные в журнале Science Advances, предполагают, что ранняя континентальная кора, вероятно, сформировалась в результате глубинных процессов, называемых мантийными плюмами, а не тектоники плит, которые формируют континенты сегодня.
В отличие от других планет нашей Солнечной системы, Земля является уникальным планетарным телом с континентальной корой — обширными массивами суши с гранитоидным составом, которые поддерживают жизнь. Однако происхождение континентов остается загадкой. Ученые давно спорят о том, образовалась ли ранняя континентальная кора в результате тектоники плит, то есть субдукции и столкновения гигантских массивов земной коры, или в результате других процессов, не связанных с движением плит.
Исследование, проведенное учеными из Группы изучения ранней Земли при Департаменте геологии и планетологии Университета Гонконга, выявило убедительные доказательства того, что в основе первичного формирование Земли лежал геодинамический механизм сагдукции (sagduction).
Вместо тектонических процессов, которые мы наблюдаем сегодня, исследование указывает на режим, в котором преобладают мантийные плюмы — вертикальные потоки расплавленной породы, поднимающиеся из глубин Земли. При этом поверхностные породы постепенно опускаются под собственным весом (в отличие от субдукции, когда одна плита «топит» другую) в более горячие и глубокие слои планеты.
Команда ученых проанализировала древние гранитоидные породы (тоналит, трондьемит, гранодиорит, в англоязычной литературе используется аббревиатура TTG), которые составляют значительную часть древнейшей континентальной коры. Этим породам, найденным в Северном Китае, около 2,5 миллиарда лет. Используя передовые методы, исследователи изучили минеральные включения, известные как цирконы, которые сохраняют химические признаки с момента образования горных пород.
Измерив содержание воды и изотопный состав кислорода в цирконах, команда обнаружила, что породы сформировались в сухих условиях с высокой температурой, в отличие от тех, которые обычно встречаются в зонах, где тектонические плиты сталкиваются, и одна опускается ниже другой (зоны субдукции). Кислородные сигнатуры также указывают на смесь расплавленных океанических пород и отложений, что соответствует породам, образовавшимся над мантийными шлейфами, а не в зонах субдукции.
Исследователи предложили двухэтапную модель для объяснения своих открытий. Около 2,7 миллиарда лет назад мантийный выброс привел к образованию на морском дне массивных глыб базальта (вулканической породы, богатой железом и магнием). Затем, около 2,5 миллиарда лет назад, другой мантийный выброс принес тепло, которое привело к частичному расплавлению нижних частей базальтов. В результате этого процесса образовались более легкие породы TTG, которые в конечном итоге и сформировали континентальную кору.
Наши результаты убедительно доказывают, что архейская континентальная кора не обязательно образовывалась в результате субдукции. Вместо этого шел двухэтапный процесс, включающий подъем мантийного шлейфа и гравитационную сагдукцию свежеобразованных камней. Такая схема гораздо лучше объясняет геохимические и геологические особенности пород в восточной Азии.Диньи Чжаонаучный сотрудник Департамента наук о Земле и планетах и первый автор статьи.
В исследовании отслеживается различие между двумя однотипными архейскими образцами ТТГ — один из которых связан с плюмом, а другой с субдукцией — путем сравнения содержания в цирконах молекул воды и изотопов кислорода. Авторы подчеркивают, что TTG из области выброса мантийных масс содержат заметно меньше воды, чем те, которые образовались в зоне субдукции.
Это исследование не только позволяет по-новому взглянуть на формирование континентальной коры в архейский эон, но и подчеркивает важность анализа содержания в цирконах воды для определения тектонических условий формирования геологических структур. Вода (точнее ее низкое содержание) в данном случае выступила маркером высокотемпературного процесса, направленного из недр Земли.
Недавно Hi-Tech Mail рассказал о роботе-кроте, которого отправят изучать геологию других планет.
