Геологи оценили долю первичной коры Земли в современной мантии планеты

В образцах пород мантии из срединно-океанических хребтов оказалось неожиданно много фрагментов материи, которая составляла первичную кору Земли. Это говорит о том, что круговорот пород коры Земли начался с первых мгновений существования планеты. Описание исследования опубликовал научный журнал Science Advances.

"Мы показали, что часть фрагментов древней океанической коры возвращается назад на свою "родину", в окрестности срединно-океанических хребтов. Она движется через мантию подобно тому, как лосось возвращается на нерестилище. Мы выяснили, что это замкнутый цикл, который очень неравномерно распределяет древнюю материю вдоль этих подводных гор", – рассказал один из авторов работы, профессор Университета штата Флорида (США) Мунир Хумаюн.

Недра Земли состоят из нескольких слоев – твердой земной коры, полужидкой мантии и расплавленного металлического ядра. Кора разделена на несколько огромных фрагментов – тектонических плит, которые медленно "плавают" по поверхности мантии и сталкиваются друг с другом. Из-за этих столкновений появляются и исчезают континенты, горные гряды и другие крупные неровности рельефа.

В последние годы ученые начали активно спорить о том, когда эти плиты начали двигаться и когда на Земле появились первые континенты. За последние годы геологи нашли множество теоретических и практических свидетельств в пользу того, что это могло произойти как практически сразу после формирования планеты, так и примерно 3,2 млрд лет назад.

Вечный круговорот пород Земли
В ходе нового исследования Хумаюн и его коллеги изучили около 500 образцов пород верхних слоев мантии из трех десятков разных мест на дне Атлантического и Тихого океанов, в окрестностях так называемых срединно-океанических хребтов. В результате ученые нашли новые свидетельства того, что круговорот пород коры Земли начался почти сразу же после образования планеты.

Образцы собирали из разломов между тектоническими плитами, через которые породы мантии постепенно поднимаются к поверхности Земли, формируют новую океаническую кору и "толкают" старые отложения в сторону континентов. Там эта часть океанической коры погружается и начинает свое движение вглубь недр планеты.

Геологи давно спорят о том, что именно происходит с породами бывшей коры в этот момент. Часть ученых считает, что по мере движения вглубь мантии они полностью растворяются, тогда как другие предполагают, что значительная часть пород бывшей коры переживает это путешествие и возвращается назад на поверхность.

Авторы статьи попытались найти ответ на этот вопрос. Они обратили внимание на то, что в породах новой морской коры, которые сформировались этими двумя путями, должно быть разное соотношение скандия и германия, а также разные пропорции железа и марганца и ниобия и таллия. Опираясь на эти соображения, Хумаюн и его команда проанализировали концентрацию этих элементов в полученных образцах и сравнили их с тем, что предсказывают обе теории.

Как оказалось, среди 500 образцов были породы и с тем, и с другим набором элементов, что говорит о том, что какая-то часть материи древней коры сохраняется во время движения пород через мантию. Как показывают расчеты геологов, на ее долю приходится от 5 до 6% от общей массы пород верхних слоев мантии.

Столь большое количество древних пород стало неожиданностью для геологов, так как оно просто не успело бы накопиться в мантии, если тектонические процессы запустились примерно 3 млрд лет назад. 

Следовательно, это говорит о том, что круговорот пород коры Земли начался практически с момента ее возникновения. При этом он всегда протекал примерно с той же скоростью, что и сегодня. Эта идея полностью противоречит современным представлениям о тектонике плит, поэтому ученым придется снова подтверждать их другими открытиями, заключают Хумаюн и его команда.