Древняя история нашей планеты долгое время оставалась скрытой, так как постоянное движение литосферных плит практически стерло геологические следы первых миллиардов лет. Но кристаллы циркона, обладающие невероятной прочностью, сохранили в своей структуре химическую информацию о составе магмы и состоянии атмосферы того времени.
Тектоника плит началась 3,3 миллиарда лет назад, и на Земле уже могла быть жизнь
Геологи из Калифорнийского технологического института изучили древнейшие кристаллы циркона из Западной Австралии. Исследование доказывает, что тектоническое движение плит началось как минимум 3,3 миллиарда лет назад, и уже тогда условия на планете были более пригодными для жизни.
Новое художественное представление Земли в конце Гадейского эона. Southwest Research Institute/Simone Marchi
Парадокс циркона. Циркон уникален тем, что внутри него сохраняются изотопные метки, которые не меняются даже при частичном плавлении окружающей породы. Это своего рода «капсула времени». Сложность понимания ранней тектоники заключается в том, что она могла быть не похожа на современную. Вместо четких границ плит могли существовать зоны пассивного погружения остывшей коры. Кристаллы из Джек-Хиллс помогают отличить эти сценарии и определить, когда началась тектоника плит в современном понимании.
Кристаллы циркона из Джек-Хиллз, Западная Австралия, снятые с помощью катодолюминесценции, раскрывают химические детали ранней Земли.
Анализ этих минералов показал, что ранняя Земля могла содержать значительно больше кислорода и воды, чем предполагали ученые. Это открытие радикально меняет наше представление о Гадейском эоне, превращая его из раскаленного ада в мир, где уже формировались условия для биологической активности. Как отмечает ведущий автор работы Шейн Хачин: «Это всего лишь три или четыре кусочка пазла из десяти тысяч, но они критически важны для понимания истории происхождения нашего мира». Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Использование современного рентгеновского анализа позволило исследователям изучить состояние урана в краевых зонах кристаллов. Выяснилось, что металл находился в окисленном состоянии, что напрямую указывает на взаимодействие магмы с кислородом. Степень окисления магмы определяет состав газов, выбрасываемых вулканами, и, следовательно, облик атмосферы. Данные подтверждают, что газовый обмен между недрами и поверхностью шел очень интенсивно, создавая предпосылки для накопления жизненно важных элементов.
Традиционное представление ранней Земли как лавовой планеты в Гадейский эон.
Глубокое погружение
Второй важный аспект работы касается времени запуска механизма тектоники плит. Изучая давление и температуру, при которых формировались кристаллы, ученые заметили качественный сдвиг. Если наиболее древние образцы кристаллизовались при высоких температурах на малой глубине, то цирконы возрастом 3,3 миллиарда лет несут следы формирования под огромным давлением. Это свидетельствует о том, что блоки земной коры уже тогда начали погружаться в мантию, запуская глобальный конвейер рециркуляции вещества.
Такие процессы необходимы для поддержания стабильного климата и распределения химических элементов, без которых существование сложной биосферы было бы невозможно. Таким образом, тектоника, определяющая облик современных океанов и горных цепей, функционирует уже большую часть истории Земли. Ученые планируют расширить выборку до сотен кристаллов, чтобы окончательно подтвердить, как именно формировалась твердая оболочка нашей планеты в условиях постоянного столкновения и плавления плит.