Земля — единственная планета, имеющая континенты. Как и почему они сформировались?
Как именно развивались континенты, неясно. Но, поскольку края, удаленные друг от друга на тысячи километров, совпадают, когда-то давно земная масса была сосредоточена в одном большом суперконтиненте. Поскольку сегодня планета выглядит не так, что-то должно было спровоцировать распад огромного куска земли. Рассказываем, что выяснили ученые и при чем тут золотые месторождения.
Всему виной очередной метеорит
Ученые получили новые доказательства того, что удары гигантских камней сыграли значительную роль.
Метеорит — это любое космическое тело, которое входит в атмосферу планеты, пролетает через нее и воздействует на поверхность.
Астероиды — это куски камня или металла диаметром от одного метра до 1000 км. В основном состоят из теллурических элементов (углерод, металлы и диоксид кремния). Это либо планеты, которые не стали достаточно большими, либо остатки разрушенных планет.
Чтобы стать метеоритом, объект должен обрушиться на планету и оставить за собой твердый мусор. Для астероидов достаточно иметь правильный химический состав, а также не быть слишком маленьким или слишком большим. Таким образом, астероид может стать метеоритом. Но не все метеориты — астероиды.
В качестве доказательств ученые предъявили кристаллы минерала циркона, извлеченного из кратона в Западной Австралии. Исследование проводилась на 26 образцах горных пород, содержащих фрагменты циркона, возрастом от 3,6 до 2,9 млрд лет.
Кратон Пилбара (Pilbara Craton) — наиболее хорошо сохранившийся кусок земной коры. Кристаллы циркона внутри него содержат свидетельства падения древних метеоритов до того, как континенты распались. Изучение состава изотопов кислорода в этих кристаллах выявило нисходящий процесс, начинающийся с плавления пород вблизи поверхности и развивающийся вглубь. Это соответствует геологическому эффекту ударов гигантских метеоритов.
Другими словами, метеориты, подобные тем, что привели к вымиранию динозавров, но упали на планету миллиарды лет назад, раскололи землю на части.
Исследованию помогли химические вещества
Ученые тщательно проанализировали изотопы кислорода, в частности, отношения кислорода-18 и кислорода-16, которые имеют 10 и 8 нейтронов соответственно. Они используются в палеогеологии для определения температуры образования породы, в которой обнаружены изотопы.
Команда смогла выделить три основных этапа формирования и эволюции кратона Пилбара.
Первая стадия — образование большой доли цирконов, что соответствует частичному плавлению земной коры. Это таяние, как показали исследователи, вероятно, стало результатом бомбардировки метеоритами, которые нагревали планетарную кору при ударе.
Самое старое скопление цирконов, согласно интерпретации команды, оказалось результатом одного гигантского удара, приведшего к образованию кратона.
Второй этап стал периодом переработки и стабилизации ядра коры, за которым последовал третий — период плавления и гранитообразования. Затем стабилизированное ядро эволюционировало и превратилось в сегодняшние континенты, как и кратоны, найденные в других частях мира.
Однако за прошедшие эпохи на Землю обрушилось множество метеоритов, количество которых намного превышает количество континентов. Только самые сильные удары могли сгенерировать достаточно тепла для создания кратонов, которые в два раза толще окружающей их литосферы.
Однако это лишь один из 35 известных кратонов. Чтобы сделать доказательства еще более убедительными, команде предстоит сравнить результаты с большим количеством образцов, чтобы увидеть, согласуется ли их модель в глобальном масштабе.
Древний круговорот воды тоже сыграл свою роль
То, как вода хранится и транспортируется через земную кору, влияет на широкий спектр геологических явлений: от вулканизма до образования минералов и мест, где происходят землетрясения. Хотя современный круговорот воды хорошо изучен, он не применим к изначальной Земле.
Используя сложное моделирование, исследователи продемонстрировали, что примитивные вулканические породы с высоким содержанием магния, извергавшиеся на дне океана на ранней Земле, могли впитать гораздо больше воды, чем современные потоки лавы. Она повлияла на ряд геологических процессов, в том числе на формирование континентов.
Вода, которая оказалась заперта в определенных кристаллах горной породы, должна была высвободиться, когда они ушли под землю. В современных лавах выделение влаги происходит при температуре около 500°C. Но, оказалось, что большая часть морской воды, первоначально связанной с древними примитивными лавами, могла высвободиться лишь при гораздо более высоких температурах, выше 700°C.
Таким образом, вода проникла в недра Земли намного глубже, чем предполагалось ранее. Ее выброс вместе с лавой заставил окружающие скалы расплавиться, в конечном итоге образовав континенты.
Самые старые сохранившиеся части планеты, стабильные регионы внутри континентальных плит (кратоны), содержат одни из крупнейших месторождений золота на планете. Для их образования потребовались бы огромные объемы воды. Новое исследование поможет решить эти и другие вопросы, возможно, даже те, которые связаны с происхождением жизни.
━━━━━
Анастасия Дегтярева
