Земля справді унікальна серед планет нашої Сонячної системи. Він має величезні водні океани та багате життя. Однак відмінність Землі виходить за межі її біорізноманіття та океанів — це єдина планета в нашій Сонячній системі, яка відчуває феномен тектоніки плит, процес, невід’ємний для формування її геологічної структури, клімату та, потенційно, розвитку самого життя.
Термін «тектоніка плит» означає динамічний рух і складну взаємодію тектонічних плит через земну кору. Ці тектонічні плити приводяться в рух повільним, але постійним потоком земної мантії, який називається конвекцією. Цей процес транспортує тепло від внутрішнього ядра до поверхні нашої планети.
Дослідники вважають, що конвекція в мантії, яка почалася незабаром після формування Землі 4,5 мільярда років тому, відбувається в масштабі всієї мантії. Таким чином, коли пластини стикаються на поверхні Землі, одна з них поступається місцем і занурюється в гарячу мантію, а потім опиняється на своєрідному кладовищі пластин на вершині металевого ядра Землі.
Однак нове дослідження Копенгагенського університету, опубліковане в журналі Nature , свідчить про те, що цей стиль тектоніки плит може бути нещодавнішою особливістю геологічної історії Землі.
«Наші нові результати свідчать про те, що протягом більшої частини історії Землі конвекція в мантії була розшарована на два окремі шари, а саме верхню та нижню мантійні області, які були ізольовані одна від одної», — каже Чженбін Ден, колишній доцент Копенгагенського університету та перший автор нового дослідження.
Перехід між верхньою та нижньою мантією відбувається приблизно на 660 км нижче поверхні Землі. На цій глибині деякі мінерали зазнають фазового переходу. Ден і його колеги вважають, що цей фазовий перехід може бути причиною того, чому верхня і нижня області мантії залишалися переважно ізольованими.
«Наші висновки вказують на те, що в минулому переробка та змішування субдукційних плит у мантії було обмежено верхньою мантією, де є сильна конвекція. Це дуже відрізняється від того, як ми думаємо, що тектоніка плит працює сьогодні, коли субдукційні плити опускаються до нижньої мантії», — каже доцент Мартін Шиллер, який також стоїть за новим дослідженням.
Щоб дійти висновків, вчені розробили новий метод для отримання надвисокоточних вимірювань ізотопного складу елемента титану в різних породах. Ізотопи – це версії одного елемента, які мають дещо відмінні маси. Ізотопний склад титану змінюється, коли на Землі утворюється кора. Це робить ізотопи титану корисними для відстеження того, як поверхневий матеріал, як-от кора, переробляється в мантії Землі протягом геологічного часу. Використовуючи цю нову техніку, вони визначили склад мантійних порід, які утворилися ще 3,8 мільярда років тому, аж до сучасних лав.
Первісний суп, що зберігся в глибинах Землі?
Якщо перероблювання та змішування тектонічних плит були обмежені верхньою мантією, як постулюється в новому дослідженні, це означає, що нижня мантія може містити непорушений первісний матеріал. Поняття первісної мантії належати до резервуара мантійного матеріалу, який залишився відносно незмінним і зберігся з ранніх етапів формування Землі, приблизно 4,5 мільярда років тому.
Ідея про те, що в глибинах Землі існує первинний резервуар, не є новою і була висунута на основі ізотопного складу рідкісних газів, захоплених лавами сучасних глибоководних вулканів. Однак інтерпретація цих даних є неоднозначною, і деякі припускають, що цей ізотопний сигнал надходить із ядра Землі, а не з глибокої мантії. Оскільки титан відсутній в ядрі Землі, це дає новий погляд на цю давню дискусію.
«Наші нові дані ізотопів титану дозволяють нам надійно визначити, які сучасні глибоководні вулкани беруть зразки первісної мантії Землі. Це захоплююче, тому що це дає часове вікно в початковий склад нашої планети, можливо, дозволяючи нам ідентифікувати джерело летючих речовин Землі, які були важливими для розвитку життя», – підсумовує професор Мартін Біззарро, який також стоїть за дослідженням. Джерело