Кристалі циркону та магма відкривають свіжі уявлення про давню тектонічну активність плит, яка мала місце на Землі мільярди років тому. Земля – це планета, яка постійно розвивається та постійно трансформується. Створення гір, океанів та виверження вулканів демонструють постійні коливання поверхні нашої планети.
Центральне місце в цих перетвореннях займає могутня сила тектоніки плит, яка передбачає рух плит земної кори. Цей фундаментальний механізм не лише сформував нинішній ландшафт нашої планети, а й залишається впливовим у визначенні її майбутнього. Проте якою була тектонічна активність плит на ранніх етапах історії Землі? Чи мав місце цей процес, коли, як вважають, зародилося життя?
«Динамічна тектонічна природа сучасної Землі є однією з причин, чому сьогодні існує життя», — каже Вріджу Чоудхурі, науковий співробітник лабораторії Дастіна Трейла, доцента кафедри наук про Землю та навколишнє середовище в Університеті Рочестера. «Дослідження геодинаміки та літологічного різноманіття ранньої Землі може призвести до відкриття того, як на нашій планеті зародилося життя».
Чоудхурі є першим автором статті, опублікованої в Nature Communications, в якій описується, як дослідники з Рочестера використовували невеликі кристали циркону, щоб отримати інформацію про магму та тектонічну активність плит на ранній Землі. Дослідження надає хімічні докази того, що тектоніка плит, швидше за все, мала місце понад 4,2 мільярда років тому, коли вважається, що життя вперше зародилося на нашій планеті. Ця знахідка може виявитися корисною для пошуку життя на інших планетах.
Тектоніка плит сприяє створенню та руйнуванню земної кори
Тектоніка плит на сучасній Землі є «надзвичайно важливою», каже Трейл, тому що це «домінуючий механізм створення та руйнування земної кори».
Земля — єдина відома планета, яка має рухливу верхню кору, яка циклічно руйнується і створюється. Цей процес доставляє критичні елементи, такі як залізо та магній, з надр землі на її поверхню та контролює цикли води та вуглецю на Землі. Але, що важливіше для геологів, тектоніка плит плавить і змішує гірські породи, створюючи магму зі специфічним хімічним складом, залежно від гірських порід і місця, де відбулося «руйнування». Отже, хімічний склад магми може вказувати на стиль тектоніки, який її створив.
Стародавні кристали як крихітні капсули часу
Чоудхурі та його колеги проводили дослідження з використанням цирконів — крихітних кристалів у скелях, які нагадують маленькі капсули часу. Циркон містить сліди хімічних елементів, заблокованих у кристалах під час їх утворення. Дослідники датують циркони, а потім працюють у зворотному напрямку, показуючи інформацію про хімічний склад батьківської магми, з якої кристалізувалися циркони. Потім дослідники використовують інформацію про магми, щоб реконструювати фізичне та хімічне середовище — і зробити висновок про тектонічні стилі плит — ранньої Землі, під час утворення цирконів. У цьому випадку циркони були приблизно від 3,8 до 4,2 мільярда років.
За словами Чоудхурі, більшість дослідників роблять висновок про ранню Землю за допомогою цирконів для створення імовірнісних моделей для представлення різних тектонічних сценаріїв. Чоудхурі та його колеги пішли далі, щоб описати не лише циркони, але й материнські магми.
«Батьківські магми є набагато більш прямими та надійними, тому що вони ближче до джерела — фактичного тектонічного стилю», — каже Чоудхурі. «Наше дослідження описує ізотопний вміст кремнію та кисню в цирконах і вміст мікроелементів у вихідних магмах, які раніше не були об’єднані та представлені».
Чоудхурі, Трейл та їхні колеги виявили хімічну подібність між ранніми магмами Землі та сучасними магмами, створеними на кордонах тектонічно активних плит, таких як ланцюги Каскадних і Алеутських островів або райони Японії та гори Анди.
«Це свідчить про тектонічну безперервність від давнини до сучасності», — каже Трейл. «Тобто наше дослідження показує, що Земля мільярди років тому могла працювати так само, як сьогодні».
Ключова характеристика планети, придатної для життя
Дослідники не визначили, чи існувало життя на момент початку тектоніки плит — «ані життя, ані тектоніка ще не мають точної дати початку», — каже Чоудхурі, зазначивши, що геологічна спільнота розділилася з цього приводу. Але нові дані надають хімічні докази того, що тектоніка плит могла відбуватися більше 4,2 мільярда років тому.
У будь-якому випадку, продовжує він, тектоніка плит є ключовою причиною того, чому на Землі зараз живе середовище помірного клімату, і може бути важливим фактором у пошуку придатних для життя середовищ життя на інших планетах.