Крошечные цирконы переписали историю Земли: субдукция могла начаться 4 миллиарда лет назад

Крошечные минералы, едва различимые под микроскопом, меняют представление о первых сотнях миллионов лет истории Земли. Новые химические данные указывают, что планета в эпоху Гадея могла быть гораздо более динамичной, чем считалось. Вместо жёсткой неподвижной оболочки на её поверхности, вероятно, уже действовали процессы, напоминающие субдукцию и формирование континентов.

Цирконы как "капсулы времени"

В центре исследования — древнейшие минералы Земли, цирконы из района Джек-Хиллс в Западной Австралии. Эти микроскопические кристаллы, возраст которых превышает 4 миллиарда лет, сохранили химические следы условий, в которых они сформировались. Поскольку породы того времени почти полностью разрушены, именно цирконы остаются редкими прямыми свидетелями ранней геологической истории планеты.

Работа опубликована в журнале Nature. Команда учёных использовала высокочувствительный прибор WiscSIMS, позволяющий анализировать микроэлементы в зёрнах размером примерно в десятую часть толщины человеческого волоса. Были также разработаны новые методы, открывшие доступ к элементам, которые раньше не удавалось надёжно измерить.

"Это крошечные капсулы времени, и они несут огромное количество информации", — говорит профессор-эмерит геонаук Джон Вэлли.

Признаки ранней субдукции

Химический состав цирконов из Джек-Хиллс отличается от хадеанских образцов, найденных в Южной Африке. Южноафриканские кристаллы демонстрируют признаки формирования из более простых магм, поднимающихся из мантии. Австралийские же цирконы, по словам исследователей, указывают на источник, связанный с континентальной корой и процессами, напоминающими субдукцию.

"То, что мы обнаружили в Джек-Хиллс, — это то, что большинство наших цирконов не выглядят так, будто они пришли из мантии", — говорит Вэлли. "Они похожи на континентальную кору. Похоже, они сформировались выше зоны субдукции."

Если эта интерпретация верна, то уже более 4 миллиардов лет назад на Земле могли существовать участки, где поверхностные породы погружались вглубь и вызывали плавление, приводя к образованию гранитных магм. При этом речь не обязательно идёт о современной тектонике плит, а о более раннем, возможно локальном механизме переработки коры.

"Это субдукция", — говорит он. — Это не тектоника плит, а поверхностные породы, уходящие в мантию".

Первые континенты и пригодная для жизни среда

Субдукция играет ключевую роль в формировании гранитов — пород, лежащих в основе континентов. Граниты легче океанической коры, поэтому создают плавучие участки суши. Их появление означает не только геологические изменения, но и формирование стабильных наземных условий.

"Это свидетельство существования первых континентов и горных хребтов", — говорит Вэлли.

Исследователь подчёркивает, что ранняя Земля могла быть геологически неоднородной. В одних регионах могла доминировать "застойная крышка", в других — процессы переработки коры.

"Я считаю, что данные по Южной Африке верны, и наши данные верны", — говорит Вэлли. — Это значит, что Гадейская Земля не была покрыта однородной застойной крышкой".

Наличие субдукции также предполагает присутствие воды на поверхности, поскольку именно она способствует плавлению и образованию гранитных магм. Это расширяет представления о том, насколько рано могли возникнуть пригодные для жизни условия.

"Что все действительно хотят знать — когда появилась жизнь? — говорит Вэлли. — Это не отвечает на этот вопрос, но говорит о том, что суша была жизнеспособной средой очень ранее".

Хотя самые древние признанные микрофоссилии датируются возрастом около 3,5 миллиарда лет, новые данные намекают, что благоприятные условия могли существовать значительно раньше. Совершенствование аналитических методов позволяет заглянуть всё глубже в эпоху Гадея и уточнить, каким был облик молодой планеты.