Геологи из Университета Гонконга (HKU) совершили прорыв в понимании того, как формировались ранние континенты Земли в архейскую эпоху, более 2,5 миллиарда лет назад. Их выводы, недавно опубликованные в журнале Science Advances, указывают на то, что ранняя континентальная кора, вероятно, формировалась благодаря глубоким процессам в Земле, называемым плюмами в мантии, а не тектонике плит, которая формирует континенты сегодня.
В отличие от других планет в нашей Солнечной системе, Земля — уникальная планета с континентальной корой — обширными массивами суши с гранитоидным составом, на которых зародилась жизнь. Однако происхождение этих континентов оставалось загадкой. Учёные давно спорили о том, формировалась ли ранняя континентальная кора из-за тектоники плит, то есть субдукции и столкновения гигантских плит земной коры, или из-за других процессов, не связанных с движением плит.
Это исследование, проведённое под руководством докторов Диньи Чжао и Сянсонга Вана из исследовательской группы Гуочуня Чжао по изучению ранней Земли на факультете наук о Земле и планетах HKU, вместе с международными коллегами, обнаружило убедительные доказательства того, что в годы формирования Земли преобладал особый геодинамический механизм.
Вместо тектонических процессов, которые мы наблюдаем сегодня, исследование указывает на режим, в котором доминировали плюмы в мантии — высокие столбы горячей, расплавленной породы, поднимающейся из глубин Земли. Также выявлено явление, известное как сагдукция, когда поверхностные породы постепенно опускаются под действием своего веса в более горячие и глубокие слои планеты. Эти находки проливают новый свет на динамические процессы, которые управляли ранней эволюцией литосферы Земли.
Команда проанализировала древние гранитоидные породы, называемые ТТГ (тоналит–трондьемит–гранодиорит), которые составляют большую часть древнейшей континентальной коры. Эти породы, найденные в Северном Китае, датируются примерно 2,5 миллиардами лет. Используя передовые методы, исследователи изучили крошечные минералы внутри пород, известные как цирконы, которые сохраняют химические сигнатуры времени формирования пород.
Измеряя содержание воды и состав изотопов кислорода этих цирконов, команда обнаружила, что породы были сформированы в сухих, высокотемпературных средах, в отличие от тех, которые обычно встречаются в зонах, где тектонические плиты сталкиваются, и одна погружается под другую (зоны субдукции). Кислородные сигнатуры также указывают на смесь расплавленных океанических пород и осадков, что согласуется с породами, образовавшимися над плюмами в мантии, а не в зонах субдукции.
Исследователи предложили двухэтапную модель для объяснения своих выводов. Около 2,7 миллиарда лет назад плюм в мантии вызвал образование толстых слоёв базальта (богатой железом и магнием вулканической породы) на морском дне. Затем, около 2,5 миллиарда лет назад, другой плюм в мантии принёс тепло, которое частично расплавило нижние части этих базальтов. Этот процесс привёл к образованию более лёгких ТТГ-пород, которые в итоге сформировали континентальную кору.
«Наши результаты убедительно доказывают, что архейская континентальная кора не обязательно должна была формироваться за счёт субдукции», — объяснил доктор Диньи Чжао, постдокторант факультета наук о Земле и планетах и первый автор статьи. «Вместо этого двухэтапный процесс, включающий подъём плюма в мантии и гравитационную сагдукцию зелёных камней, лучше объясняет геохимические и геологические особенности, наблюдаемые в Восточном блоке».
Профессор Гуочунь Чжао подчеркнул: «ТТГ из Восточного блока содержат заметно меньше воды, чем те, которые образовались в зоне супрасубдукции в Транс-Северо-Китайском орогене, что подтверждает интерпретацию о происхождении без субдукции».
Профессор Фан-Чжэнь Тэн из Вашингтонского университета добавил: «Это исследование — большой вклад в изучение геодинамики ранней Земли. Использование циркониевых вод и кислородных изотопов дало нам новое мощное окно в понимание формирования и эволюции ранней континентальной коры».
Это исследование не только даёт новое понимание формирования архейской континентальной коры, но и подчёркивает применение водородных прокси в различении тектонических сред. Оно вносит вклад в растущий объём доказательств того, что плюмы в мантии играли важную роль в формировании ранней континентальной коры.
Предоставлено
The University of Hong Kong