Недавнее исследование, опубликованное в журнале AGU Advances, выявило, что небольшие кристаллы циркона, найденные в Южной Африке, содержат самое древнее свидетельство субдукции — ключевого процесса тектоники плит.
Эти редкие «капсулы времени» указывают на переход около 3,8 миллиарда лет назад от стабильной, длительно существующей каменистой поверхности к активным процессам, формирующим современную планету, и предоставляют новый аргумент в оживлённой дискуссии о том, когда именно началась тектоника плит.
Кора земной поверхности и верхний слой мантии делятся на жёсткие пласты, медленно скользящие по более вязкому, но подвижному слою мантии ниже. Тепло ядра Земли обеспечивает эту медленную, но неизбежную динамику, вызывая извержения вулканов, землетрясения и подъём горных цепей.
Оценки времени, когда процесс ускорился и сформировалась современная кора, варьируются от более чем 4 млрд лет назад до лишь 800 млн лет. Неопределённость объясняется скудностью геологической записи ранней Земли — сама тектоника плит постоянно «перерабатывает» поверхность, оставляя почти ничего от эоны Гадея, первых 500 млн лет планеты. «Эра Гадея — огромный ящик с тайнами», — отмечает Надя Драбон, геолог из Гарвардского университета и ведущий автор исследования.
Маленькие «капсулы» времени
В 2018 году Драбон и коллеги обнаружили 33 микроскопических кристалла циркона из редкого древнего кристаллического блока в Барбертонской гронстоуновой зоне, Южная Африка. Кристаллы образовались в течение критического периода в 800 млн лет — от 4,15 до 3,3 млрд лет назад.
Хотя циркон — относительно распространённый аксессуарный минерал в земной коре, его образцы из эоны Гадея (4–4,56 млрд лет назад) чрезвычайно редки: их находят лишь в 12 местах на планете, обычно в количествах менее трёх экземпляров.
Изотопы гафния и следовые элементы, сохранённые в цирконах из гронстоуновой зоны, рассказывают о условиях на планете в момент их кристаллизации. Кристаллы возрастом 3,8 млрд лет и младше указывают на давление и плавление, характерные для современных субдукционных зон, что подразумевает начало движения коры.
«Под тектоникой плит я имею в виду арку субдукции, где одна плита скользит под другую, вызывая вулканизм, — сравните с Андами», — поясняет Драбон. — «В 3,8 млрд лет наблюдается драматическое изменение: кора дестабилизируется, формируются новые породы, и геохимические сигнатуры всё больше напоминают современные тектонические процессы».
В отличие от них, самые старые цирконы сохраняют признаки глобального «протокора», образованного повторным плавлением мантии, стабильной в течение 600 млн лет, согласно исследованию.
Признаки глобального перехода
Подобный переход к субдукционным условиям был обнаружен в цирконах из других регионов мира, возрастом примерно на 200 млн лет младше южноафриканских образцов. «Мы видим значительные изменения Земли в диапазоне 3,8–3,6 млрд лет и возможность эволюции к тектонике плит», — отмечает Драбон.
Хотя данные не окончательны, они указывают на начало глобального процесса, который мог возникать в отдельных местах, а затем объединиться в эффективный механизм постоянного движения плит, наблюдаемый сегодня.
Тектоника плит влияет не только на поверхность, но и на атмосферу. Выделение вулканических газов и образование новых силикатных пород, поглощающих углекислый газ, стабилизируют климат, предотвращая экстремальные перепады температур. «Без этого «термостата» планета колебалась бы между невыносимой жарой и ледяным холодом», — говорит Драгон.
На сегодняшний день тектоника плит наблюдается только на Земле, и считается, что она необходима для поддержания пригодных к жизни условий, что делает её происхождение ключевым вопросом в исследованиях раннего развития жизни.
«Записи о ранней Земле ограничены, но схожие переходы в разных точках делают гипотезу о глобальном реорганизации коры правдоподобной», — добавляет Драгон.
