Рух плит на Землі розпочався чотири мільярди років тому

Науковці з Китаю проаналізували склад найдавніших цирконів за допомогою машинного навчання. У цих мінералах зберігається інформація про процеси в надрах планети. На думку авторів нового дослідження, все вказує на те, що переміщення плит у літосфері відбувалося вже в катархеї.

Згідно з сучасними уявленнями, вигляд Землі визначається динамікою в її твердій оболонці — літосфері. Вона розбита на плити, що переміщуються у горизонтальному напрямку. Зіткнувшись, вони зминаються, прогинаються, підсуваються одна під іншу, спускаючись у мантію.

Коли почався цей процес, достеменно не відомо. Одна з останніх оцінок – 3,6 мільярда років – отримана на основі аналізу цирконів. Ці силікатні мінерали зберігають інформацію про склад батьківського магматичного розплаву, навіть якщо пізніше гірські породи перероблені.

Найдавніші циркони – віком 4,2 мільярда років – виявили в районі Джек-Хіллс на заході Австралії. Геологи називають цей час катархеєм. Земля тоді залишалася ще дуже гарячою, магма підходила до поверхні, атмосфери не було, а тонку кору планети бомбардували комети та астероїди.

Гірських порід із катархею не збереглося, лише циркони. За хімічним складом, за аналогією з гранітами, їх ділять на два типи — I і S. Перші утворилися в істинно мантійних розплавах, другі — у присутності матеріалу, що надійшов з поверхні, переважно осадового. Таким чином, S-циркони вказують на існування континентів та хімічного вивітрювання, а отже, і тектоніки плит.

Ряд фахівців засумнівалися у тому, що рухи плит існували у катархеї. Прийнято вважати, що цей механізм виник пізніше, коли земна кора затверділа і потовстішала. Дискусія на цю тему продовжується. Щоб її дозволити, потрібно проаналізувати всі наявні дані про склад уламкових цирконів та співвідношення хімічних елементів у них.

Вчені з Китайської академії наук разом із колегами їх Канади та США використали для цього штучний інтелект. Вони навчили модель на 374 зразках уламкових цирконів, походження яких відоме. Переконавшись, що вона точно визначає мінерали обох типів, дослідники застосували її для класифікації 971 циркону катархейського віку.

Зазначимо, що спроби створити класифікатори цирконів уже робили, але автори нової роботи впевнені: їхня модель найточніша. З’ясувалося, що більше третини цирконів із Джек-Хіллс відносяться до S-типу. Подібне співвідношення спостерігається для мінералів, знайдених нещодавно у пісковиках Грін-Сендстоун у Південній Африці. Тобто явище поширеніше, ніж вважалося.

«Це переконливо показує, що маси гранітів S-типу, а також осадові породи, що їм супроводжуються, вже існували на Землі принаймні 4,2 ​​мільярда років тому», — резюмували автори статті.

Найраніші надійні датування гранітів S-типу — 3,55, а осадових порід — 3,95 мільярда років. У новій роботі їхній вік значно зрушують вліво.

Вчені зазначили, що майже половина всіх катархейських цирконів – S-типу. Однак їх співвідношення змінюється на часовій шкалі. На думку авторів, це відображає цикл створення та розпаду суперконтинентів. В інтерв’ю Science Джун Коренага, геофізик з Єльського університету, який також моделює початок тектоніки плит, назвав це «чистою спекуляцією».

Геохімік Кріс Хоксворт із Брістольського університету зазначив: якщо субдукція (опускання однієї літосферної плити під іншу) існувала понад чотири мільярди років тому, то це не означає, що механізм тектоніки плит повністю ввімкнувся. Втиснути кору в мантію могло й ударом величезного астероїда, наголосив дослідник.

З усім тим, доказів раннього початку переміщень літосферних плит все більше. І нова наукова робота – ще один аргумент «за».