Тектоніка плит 4 мільярди років тому, можливо, допомогла зародженню життя на Землі

Вік найстарішого поверхневого шару Землі, що утворює континенти, званого корою, становить близько 4 мільярдів років, і він складається з вулканічних порід завтовшки 25-50 км, відомих як базальти. Спочатку вчені думали, що вся планета покрита єдиною літосферною корою, тоді як окремі плити, які ми бачимо сьогодні, почали формуватися лише через 1 мільярд років. Однак ставлення до цієї гіпотези піддається сумніву.

Механізм формування цієї континентальної кори дещо загадковий: вчені тепер припускають, що він міг бути викликаний тектонікою плит, рухом основних поверхневих плит Землі земною кулею протягом мільярдів років, формуючи масиви суші та топографічні особливості, які ми бачимо сьогодні.

Одна теорія фокусується на тому, коли плити сходяться, часто викликаючи занурення однієї під іншу, що призводить до часткового плавлення та зміни складу магми, в той час, як інша вивчає механізми, що відбуваються всередині самої кори (на глибині менше ніж 50 км), повністю відокремлені. від меж плит, але також викликають часткове плавлення.

Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Geoscience, повідомляє про експериментальну роботу над аналогом океанічних плато, великих плоских піднесень з крутими краями, які є ранньою базальтовою корою, що спочатку утворилася в еоархеї (3,6–4 мільярди років тому). Доктор Алан Хасті з Единбурзького університету та його колеги піддали примітивні базальти океанічних плато південно-західної частини Тихоокеанського плато Онтонг-Ява експериментам з плавлення при високих температурах та тиску.

Виявлена континентальна кора не могла утворюватися при тиску <1,4 гігапаскаля (ГПа) на глибині до 50 км, що вказує на те, що така магма утворилася під час конвергентних субдукційних зон. Отже, вони припускають, що тектоніка плит, хай навіть у примітивній формі, існувала 4 мільярди років тому.

Ці знання є потужними, оскільки тектоніка плит відповідає за ерозію, відкладення, гороутворення та вулканічну активність, які відіграють різну роль у формуванні континентальної кори. Дослідницька група передбачає, що гази, що виділяються в результаті вулканізму, особливо окис вуглецю та метан, можливо, допомогли зародженню життя на Землі, ставши джерелом пребіотичних молекул, що ведуть до появи перших мікробних організмів.

За межами Землі багатим кремнеземом континентальна кора тут також була виявлена в менших обсягах на Марсі та Венері, що дає уявлення про роль тектоніки плит у ширшій Сонячній системі.

Доктор Хасті та його колеги досліджували стабільність ряду мінералів при різних тисках (1,2–1,4 ГПа, що еквівалентно глибині приблизно 40–50 км), щоб визначити, у який момент вони трансформувалися, при цьому потенційні температури мантії досягали 1500–1650. °C. Ключовими мінералами для дослідження були гранат (який, як відомо, стабільний при тиску > 1 ГПа, що відповідає глибині ~ 30 км) і плагіоклазовий польовий шпат (стабільний до ~ 1,8 ГПа, глибина ~ 60 км), рутил (стабільний при тиску 0,7-1,6 ГПа, глибина ~25-55 км) та амфібол (контролює реакції дегідратації та плавлення).

Результати експериментів показали, що гранат і рутил не стабілізувалися при температурі <1,4 ГПа (глибина ~ 45-50 км), що вище, ніж було виявлено в попередніх дослідженнях, але команда пояснює, що їхня вихідна океанічна кора мала більш високий вміст магнію що більше відповідає очікуваний склад еоархейської основної (багатої залізом і магнієм) кори.

Вони також провели зворотний експеримент, в якому вирощували кристали граната при вищому тиску (2 ГПа), а потім піддали його нижчому тиску (1,4 ГПа) і виявили, що кристали граната почали руйнуватися. Згодом вони виявили, що тиск ~ 1,6 ГПа (глибина > 50–55 км) був стабільним для граната, що посилило думку про стабільність, що існувала раніше, при тиску 1 ГПа і, отже, збільшило глибину освіти. Отже, субдукція є більш сприятливим механізмом для пояснення цієї реакції.

Моделювання також передбачає, що ранні магми піддавалися фракційної кристалізації у міру того, як вони підіймалися крізь земну кору, в результаті чого кристали відокремлювалися від рідкої магми, в результаті чого пул магми, що залишився, збіднювався певними елементами, використаними у вихідних кристалах, тому склад постійно змінювався по мірою формування нових кристалів.

Завдяки цьому дослідницька група визначила кристалізацію амфіболу як основну причину часткового плавлення, оскільки це водний мінерал, який міг бути включений до кори шляхом перекидання та поховання. Це відповідає ознакам відомих еоархейських вулканічних порід, таких як тоналіти та трондеміти.

Пояс Грінстоун Ісуа, Гренландія, і архейський рабовласницький кратон, Канада, вважаються двома залишками конвергентних країв плит над стародавніми зонами субдукції. У таких областях метабазичні (метаморфізовані базальтові та споріднені породи) магми змішувалися з рідинами танучої кори, що субдукувала, щоб утворити нові багаті кремнеземом магми, початок циклу руйнування та відродження континенту, який сформував світ, який ми бачимо сьогодні. Джерело