Раннюю Землю накрыли крышкой

Новая информация проливает свет на процессы, которые сформировали самую старую породу Земли и древнейшие минералы, — процессы, повлиявшие на зарождение жизни.

В последние 30 лет наши знания о самых ранних периодах истории Земли — катархее и эоархее (4,56–3,60 млрд лет назад) — резко расширились, и всё же консенсуса о тогдашних геологических процессах достичь пока не удаётся.

Одни учёные утверждают, что процессы, наблюдаемые сегодня, — от относительно мягкого вулканизма гавайского типа до более сложного дугового вулканизма, характерного, например, для Японии, — прекрасно объясняют формирование этих пород. По мнению этого лагеря, все различия — результат более высоких температур.

Другая точка зрения гласит: эти породы образованы совершенно иными обстоятельствами, которые сегодня не наблюдаются. Вроде бы есть сведения, указывающие на длительные периоды застоя в тектонической истории, когда движение литосферных плит прекращалось. Эта модель ранней Земли получила название «неподвижной крышки» (stagnant lid). Слабое поверхностное движение и интенсивная вулканическая активность — полная противоположность нынешнему положению дел.

К сожалению, с тех пор сохранилась лишь очень небольшая часть земной коры: первые 500 млн лет истории Земли представлены одним-единственным маленьким обнажением в Канаде.

Зато у нас есть минералы. Анализ древних крупинок циркона, сохранившихся в более юных осадочных породах, критически важен в описанных нами дебатах.

В 2001 году исследовательская группа во главе с Саймоном Уайлдом из Университета им. Кёртина (Австралия) опубликовала результаты первого анализа изотопов кислорода в группе древних цирконов из области Джек-Хиллс в Западной Австралии. Некоторым из этих цирконов 4,4 млрд лет — почти ровесники Земли. Это и есть одни из последних остатков самой первой земной коры.

Кислород из цирконов рассказал совершенно неожиданную историю. Несмотря на падение гигантских метеоритов и широко распространённый вулканизм, на поверхности ранней Земли существовала жидкая вода.

Изучение образцов продолжили другие исследователи, которые выступили с предположением, что источником цирконов послужил гранит. Отсюда был сделан вывод о том, что тектоника плит, формирующая граниты сегодня, начала действовать на заре истории планеты.

Эта экстраполяция была немедленно оспорена сторонниками модели «неподвижной крышки». И более тщательный повторный анализ цирконов, проведённый г-ном Уайлдом и его коллегами, нарисовал совсем другую картину.

Цирконы, которые сохранились лучше всех и были меньше всего затронуты более поздними геологическими событиями, рассказали о планете иначе. Хотя вода действительно присутствовала в изобилии, кора состояла главным образом из базальтов, которыми сегодня сложено дно океана. К тому же цирконы, как выяснилось, представляют одну и ту же груду базальта, хотя разница в возрасте между самыми юными и самыми старыми составляет 400 млн лет. Из этого следует, что ранняя кора действительно была неподвижной.

Недавно эстафету перехватили Крейг О'Нил из Маккуорийского университета (Австралия) и его коллеги. Для изучения катархейских процессов (4,6–4,0 млрд лет назад) по геохимии более молодых пород они избрали другой путь.

Анализ изотопов неодима показал, что химическое смешивание в недрах Земли протекало в катархее намного медленнее, чем следовало бы ожидать при наличии тектоники плит. Полученные результаты лучше соответствуют модели «неподвижной крышки».

О том же свидетельствуют и другие элементные системы. Например, согласно теоретическим выкладкам, платина и палладий должны были образовать сплавы с другими металлами и скопиться в ядре при формировании планеты. Следовательно, земная кора должна быть лишена этих элементов, однако мы именно оттуда их и добываем. Может быть, это та платина и тот палладий, которые были доставлены на Землю метеоритами на заключительной стадии рождения планеты?

Однако у этих элементов ушло до странного много времени на то, чтобы смешаться в мантии. Они достигли современных концентраций только 2,9 млрд лет назад, то есть спустя 1,6 млрд лет после того, как попали на Землю. Это обстоятельство трудно согласовать с гипотезой о ранней тектонике плит, и в то же время оно прекрасно соответствует предсказаниям модели «неподвижной крышки».

Дискуссия далека от завершения. Между тем решить эту загадку необходимо по крайней мере по двум причинам.

Многие важные с экономической точки зрения залежи полезных ископаемых сформировались в ту древнюю эпоху, когда Земля была совсем иной. Знание о протекавших тогда процессах — это ключ к следующему поколению геологоразведки.

Кроме того, палеонтологическая летопись говорит о том, что жизни по крайней мере 3,5 млрд лет, а изотопы углерода намекают на более глубокую древность — примерно 3,8 млрд лет. В те времена тектоники плит, возможно, ещё не было, как не было и привычной нам сейчас атмосферы, да и горные породы формировались совсем иначе.

Приступая к поиску внеземной жизни, мы исходили из того, что пригодная к обитанию планета должна походить на Землю и обладать тектоникой плит. Но даже на Земле жизнь могла возникнуть без этой предпосылки. На протяжении всей первой половины своей истории Земля была совершенно не такой, какой мы привыкли её видеть.

Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Подготовлено по материалам The Conversation.