Древнейшие континенты Земли сформировались из переработанной океанской коры

Группа исследователей из Китая обнаружила, что древнейшие континенты Земли сформировались за счет переработки поверхностных пород, а не только за счет мантийных расплавов. Результаты этой работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Около 3,8 миллиарда лет назад наша планета выглядела как водный мир, окруженный вулканическими островами – привычных нам материков тогда еще не существовало. Новое исследование, основанное на изотопном анализе, предлагает неожиданный механизм возникновения первых твердых массивов суши. Оказывается, самая древняя континентальная кора Земли была построена во многом из переработанного материала океанского дна, а не из свежих глубинных пород.

Ученые сосредоточились на породах, характерных для архейского эона, тоналит-трондемьит-гранодиоритах (TTG), которые давно известны как главные кирпичики ранней коры. Ранее считалось, что TTG возникают при плавлении богатых водой базальтов, однако оставалось неясным, что именно служит исходным веществом – нетронутая мантия или породы, уже побывавшие на поверхности. Обычные изотопные метки, например кислорода или бора, давали противоречивые результаты. Чтобы разрешить загадку, авторы работы применили двойной метод, измерив редкие формы атомов серы и кремния в древних образцах. Эти элементы известны тем, что сохраняют отпечатки поверхностных процессов даже спустя миллиарды лет интенсивного нагрева и давления.

Материалом для анализа послужили 22 гранитных образца и несколько амфиболитов (метаморфизованных базальтов) возрастом 2,7–2,5 миллиарда лет, отобранные в Северо-Китайском кратоне, одном из древнейших фрагментов земной коры. Результаты оказались крайне показательными.

Во всех гранитоидах обнаружились едва уловимые, но четкие аномалии серы, связанные с так называемым масс-независимым изотопным сдвигом Δ33S. Такие аномалии не могут возникнуть в глубинной мантии; они формируются только в бескислородной атмосфере архея, где ультрафиолетовое излучение создавало уникальные паттерны атомов серы, которые затем запечатывались в породах на поверхности. Кроме того, те же образцы показали слегка утяжеленный изотопный состав кремния – это типичный признак того, что базальт вступал в реакцию с морской водой или из раствора выпадал кремнезем.

По отдельности каждая из этих аномалий могла бы быть объяснена другими геологическими процессами, но их совместное присутствие в одних и тех же породах действует как неопровержимый след древнего океана. Такое сочетание изотопных сигнатур невозможно получить просто при плавлении сухой мантийной породы. Для этого необходимо, чтобы исходный материал включал измененную океанскую кору или осадки, которые уже побывали на поверхности Земли и вобрали в себя метку архейской атмосферы и морской воды.

Когда авторы сравнили свои данные с глобальными записями архейских пород, выявилась закономерность: все известные континентальные граниты, сформировавшиеся после примерно 3,8 миллиарда лет назад, несут те же двойные изотопные признаки. Это значит, что почти каждый сохранившийся кусочек древнейшей коры свидетельствует о переработке поверхностного материала.

Таким образом, первые континенты Земли образовались не за счет подъема свежих мантийных магм, а благодаря плавлению уже существовавшей и измененной океанской коры и осадков. Такой процесс предполагает наличие ранней формы тектоники плит или же интенсивное погружение вулканических масс в недра, что создавало уникальную связь между атмосферой, океаном и мантией.

В итоге, работа меняет традиционное представление о происхождении континентальной коры. Оказывается, самые первые участки суши на Земле создал не подъем глубинных расплавов, а круговорот материала, начавшийся на поверхности планеты, атмосферное ультрафиолетовое излучение, древний океан и погружение измененных пород вглубь. Этот механизм, запустившийся около 3,8 миллиарда лет назад, не только сформировал континенты, но и заложил основы обитаемости ранней Земли, создав особую систему взаимодействия между внешними оболочками и горячими недрами.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях