Китайски геолози разработиха модел за развитието на нашата планета през първите милиарди години след нейното формиране и изясниха дългогодишния въпрос къде са отишли протоконтинентите. Това дава възможност да се хвърли нов поглед върху процесите на формиране на съвременния облик на Земята и появата на живот.
Капсули на времето
Смята се, че Земята е на 4,54 милиарда години. През първите милиард и половина се появяват океани и атмосфера, протоконтиненти и възниква живот, но практически няма веществен материал, свързан с този период. Възрастта на най-старите породи не надвишава 3,8 милиарда години. Има само древни кристали циркон.
Това е изключително издръжлив минерал от първичен магмен произход. В резултат на изветряне – разрушаване на магмена скала от вятъра и водата – нейните кристали се освобождават и падат в океана, където се отлагат в дебелината на дънните седименти, които в крайна сметка се превръщат в твърди скали.
Цирконите обикновено са много по-стари от самите отлагания. Така в архейските седиментни скали на възраст 2,6 – 3,0 милиарда години, разположени в пределите на кратоните – стабилни блокове на земната кора, един вид „ядро“, около което са се образували съвременните континенти – се откриват кристали, образувани преди 4,0 – 4,4 милиарда години. Геолозите наричат тези минерали капсули на времето. Те се датират доста точно благодарение на това, че там има радиоактивни изотопи.
Детективско разследване
По особеностите на химичния състав на цирконите учените се опитват да разберат какво се е случило на Земята на ранния етап от нейната еволюция, включително как са изчезнали първите континенти – защо от тях не е останала и следа. Въз основа на микросондов анализ на най-старите кристали от района на Джак Хилс в Западна Австралия изследователите доказаха, че преди 4,3 милиарда години на планетата вече е имало вода и началото на континенти, чиито породи са били подложени на изветряне.
Миналата година американски геолози установиха, че около 700 милиона години по-късно в минералите се е появил алуминият – типичен химичен елемент на земната кора и индикатор за нейното дълбоко топене. Според специалистите това свидетелства, че протоконтинентите са се формирали още в ранния архей и седиментният материал от повърхността е започнал да се изтегля в мантията в зоните на субдукция.
В наше време субдукцията – потъването на океанските литосферни плочи по границите на континентите – е най-важният елемент от глобалната тектоника. Моделиране показало, че земната кора се е държала различно през архея, защото литосферата е била много гореща и частично разтопена. Кората е била много тънка, крехка и не е могла да образува големи литосферни плочи. Първите континенти очевидно са се образували поради акреция – сливане на микроплочи, в местата на сблъсък на които са възникнали най-древните планински структури – акреционни орогени.
„Корените“ на континентите
Геолози от Китайския университет по геонауки в Ухан са обобщили данните от предишни изследвания и са създали компютърен модел на еволюцията на нашата планета в предархейската ера.
Оказало се, че потокът от вътрешна топлина на Земята по това време е бил три до четири пъти по-висок от съвременния. Разтопената горна мантия периодично е излизала през отслабени зони на повърхността във вид на магма. При това нестабилните ранни континенти се разпадали, частично се топели и потъвали обратно в мантията. Постепенно под протоконтинентите се образували „корени“ или „килове“ на бъдещи кратони, състоящи се от частично разтопени блокове от земната кора, потопени в охладената и обезводнена мантия.
Геофизичните наблюдения потвърждават тази хипотеза: кратоните наистина навлизат дълбоко в мантията и тяхната структура е много по-сложна и разнородна от тази на съвременната литосфера. Според китайските геолози са били необходими повече от милиард години, докато тези „корени“ най-накрая се втвърдят и над тях започне да се образува пълноценна континентална кора.
„Геоложките данни свидетелстват, че най-ранните континенти не са се съхранили и са били преработени в недрата на планетата, но ситуацията рязко се е променила преди около четири милиарда години, когато се е появила най-стабилната част от континентите – кратоните“, казва д-р Фабио Капитанио, асистент в Китайския университет по геонауки и университета Монаш в Австралия.
По такъв начин първичната кора напълно се е разрушила и потънала в горната мантия, а на нейната основа са се формирали гранитни масиви, основния фундамент на съвременните континенти. Днес те излизат на повърхността на Земята под формата на кристални щитове – централната част на кратоните.
Моделирането също показало, че преработените фрагменти от първоначалната кора може да останат в недрата милиарди години. Това обяснява факта, че дълбокото сондиране разкрива нееднородност на мантията под много кратони. По-малко плътни от околната среда, тези области поддържат литосферата отдолу, придавайки ѝ плаваемост и твърдост.
Континентите и животът
Възрастта на най-старите фосилизирани микроорганизми, открити в седиментните скали на кратоните, е около 3,5 милиарда години. Но много учени смятат, че животът на Земята е възникнал значително по-рано – веднага щом температурата на планетата е спаднала достатъчно, за да има течна вода на повърхността. Тоест веднага след възникването на първичния океан – преди 4,41 милиарда години. Вярно е, че в допълнение към водата са били необходими кислород и минерални микрокомпоненти. И тук според изследователите не последна роля са изиграли протоконтинентите.
При разрушаването в резултат на ерозия и изветряне на твърдите блокове от земната кора, издигащи се над водата, се променял и съставът на атмосферата, а в океана попадало огромно количество хранителни вещества и химични елементи, необходими за формирането на организми.
По-късно, когато започнал да работи конвейерът на тектонските плочи, органичната материя, утаена на океанското дъно, заедно със седиментните скали, започнала да се изтегля в мантията в зоните на субдукция. Там тя се преработвала и връщала на повърхността в процеса на вулканична дейност. Всеки нов цикъл на такъв глобален кръговрат увеличавал континентите и допринасял за усложняването на живите организми.
ВИЖТЕ ОЩЕ: Кой е бил най-големият океан в историята на Земята?
