Геологи предлагают новую теорию о тепловом развитии Земли

Новая теория о тепловом развитии Земли объясняет, почему верхняя мантия планеты была достаточно прохладной, чтобы там образовывались алмазы в эпоху Архея от 4 до 2,5 миллиардов лет назад, а не куски обычного графита.

Профессор Квинслендского технического университета Бальц Камбер и профессор Тринити-колледжа в Дублине Эмма Томлинсон изучили уровень содержания оксида магния в тысячах вулканических пород, возраст которых составляет не менее 2,5 миллиардов лет, которые были собраны со всего мира.

«Анализ уровней оксида магния в образцах горных пород эпохи архея противоречит общепринятому мнению, что мантия Земли была намного жарче, чем сегодня», — сказал профессор Камбер. «Мы точно знаем, что тогда Земля производила гораздо больше тепла — примерно в 2,5-3 раза».

Преобладающая сейчас теория состоит в том, что вся мантия Земли была значительно жарче около 2,5 миллиардов лет назад.

«Но наш анализ говорит о том, что преобладающая теория верна только наполовину. В то время как нижняя мантия была значительно более горячей, верхняя мантия, которая имеет толщину до 670 км, была не более горячей, чем в настоящее время », — сказал профессор Камбер. «Это верхняя мантия имеет значение, потому что вулканические породы, которые мы наблюдаем, приходят из верхней мантии».

Чтобы объяснить свою теорию, исследователи используют аналогию, когда кто-то пытается обогреть комнату зимой, включив обогреватель, но не закрывая окна. «Вы можете производить столько тепла, сколько хотите, но теплее не будет», — говорят ученые.

«Так что на самом деле нас интересует не то, сколько тепла мы производим, а то, насколько тепло было внутри Земли. Предположение ранее было такое: было больше тепла, поэтому было жарче. Но то, что мы показываем, выглядит так: больше тепла, но не жарче. Земля производила больше тепла, но также избавлялась от него, открывая, так сказать, больше окон».

Теория холодной верхней мантии помогает объяснить образование алмазов, большинство из которых образовались в этот период времени и превратились бы в куски графита, если бы верхняя мантия была слишком горячей.

Понимание того, что верхняя мантия 2,5 миллиарда лет назад была намного холоднее, чем считалось ранее, также дает ответ на еще одну давнюю область спора, которая разделила геологов относительно движения тектонических плит. Если бы верхняя мантия была намного жарче 2,5 миллиарда лет назад, то океанические плиты были бы толще и им было бы труднее перемещаться друг под другом.

Новое свидетельство более холодной верхней мантии, которая могла бы выбивать горячие камни из нижней мантии вверх по направлению к поверхности для выделения тепла, объясняет, как плиты могли бы двигаться «быстро» и сталкиваться друг с другом.

«Понимание термической эволюции Земли имеет решающее значение для понимания многих аспектов нашей планеты, таких как эволюция атмосферы, появление земли и эволюция жизни», — сказал профессор Камбер.  «Геология рассматривает нынешнее состояние как накопленную историю более 4 миллиардов лет. Мы не можем полностью понять настоящее, если не понимаем истории».

Исследование было опубликовано в журнале Chemical Geology.

Balz S. Kamber & Emma L. Tomlinson. 2019. Petrological, mineralogical and geochemical peculiarities of Archaean cratons. Chemical Geology 511: 123-151; doi: 10.1016/j.chemgeo.2019.02.011