Эти крошечные кристаллы являются "капсулами времени" ранней тектонической активности земных плит

Крошечные кристаллы циркона, датированные 3,8 млрд лет назад, содержат самые ранние геохимические свидетельства тектонической активности плит на Земле.

Изотопы и микроэлементы, сохранившиеся в кристаллах, свидетельствуют о том, что они образовались в условиях субдукции - когда край одной тектонической плиты опускается под край соседней плиты, создавая особые условия. Это позволяет по-новому оценить время возникновения тектоники плит на Земле.

Поскольку тектоника плит сыграла ключевую роль в создании условий для жизни на Земле, изменив состав океанов и атмосферы, понимание того, когда и как она возникла, также важно для понимания того, как мы здесь оказались и что делает планету пригодной для жизни.

Понимание геологии ранней Земли представляет собой определенную проблему. Кора нашего мира была довольно динамичной на протяжении 4,6 миллиарда лет, и единственная прямая запись эона Хадеан - между 4,6 и 4 миллиардами лет назад - может быть найдена в кристаллах минерала циркона.

Эти кристаллы, похоже, пережили разрушительное воздействие времени, но редко: всего в 12 местах на Земле были найдены древние зерна, а в большинстве мест - три или меньше.

Однако недавно группа геологов обнаружила удивительное сокровище. Хронологическая серия из 33 микроскопических кристаллов циркона, датируемых периодом от 4,15 до 3,3 миллиарда лет назад, была обнаружена в древнем блоке земной коры, найденном в Барбертонском зеленокаменном поясе в Южной Африке.

Эта серия дала редкую возможность исследовать изменения условий ранней Земли, начиная с эпохи Хадеан и заканчивая эпохой Эоархеон, которая длилась с 4 до 3,6 миллиарда лет назад.

Минеральные кристаллы могут служить своего рода капсулой времени, содержащей информацию об условиях, в которых они образовались, и кристаллы циркона, в частности, могут быть чрезвычайно ценными для этих научных целей. Изотопы металла гафния и микроэлементы, обнаруженные в цирконе, могут быть использованы для того, чтобы сделать выводы о породах, из которых они кристаллизовались.

Группа ученых под руководством геолога Нади Драбон из Гарвардского университета изучила цирконы Зеленокаменного пояса, чтобы восстановить хронологию условий, в которых они образовались. Они обнаружили, что, начиная примерно с 3,8 миллиарда лет назад, кристаллы имели сигнатуры гафния и микроэлементов, схожие с современными породами, образовавшимися в зонах субдукции - на краях тектонических плит.

По словам исследователей, это говорит о том, что во время формирования этих кристаллов тектоника плит была активной.

Когда я говорю "тектоника плит", я имею в виду именно дуговую структуру, когда одна плита уходит под другую и происходит вулканизм - вспомните, например, Анды и Огненное кольцо", - сказал Драбон.

"В 3,8 миллиарда лет [назад] происходит резкий сдвиг, в результате которого кора дестабилизируется, образуются новые породы, и мы видим, что геохимические сигнатуры становятся все более похожими на то, что мы видим в современной тектонике плит".

Удивительно, что кристаллы циркона, возраст которых превышает 3,8 миллиарда лет, образовались не в зоне субдукции, а, вероятно, в хадеанской "протокрусте", которая сформировалась из переплавленного мантийного материала, прежде чем мантия была обеднена элементами базальтового расплава в результате тектонических процессов.

Затем команда сравнила свои находки с кристаллами циркона, датированными примерно тем же временем, из разных уголков мира, чтобы убедиться, что они наблюдают не просто локальное явление. Эти другие цирконы показали аналогичные переходы.

Трудно сказать точно, указывают ли все эти крошечные зерна на эволюцию нашего мира в сторону тектоники плит, но результаты определенно свидетельствуют о том, что происходили глобальные изменения.

"Мы видим свидетельства значительных изменений на Земле примерно 3,8-3,6 миллиарда лет назад, и эволюция в сторону тектоники плит - одна из очевидных возможностей", - сказал Драбон.

"Имеющиеся у нас данные о самых ранних периодах Земли весьма ограничены, но то, что мы видим аналогичный переход в стольких разных местах, делает вполне вероятным, что это могло быть глобальное изменение процессов в земной коре. На Земле происходила какая-то реорганизация".

Исследование было опубликовано в журнале AGU Advances.