Древняя Земля была накрыта жёсткой крышкой

Если сегодня кора планеты разбита на множество движущихся плит, то миллиарды лет назад она была единой, без трещин, как сейчас на Венере.

Геологи из Австралии и США изучили породы возрастом в 2,5–3,5 миллиарда лет в районе Восточной Пилбары (Западная Австралия). Попытавшись смоделировать условия возникновения её гранитов, они пришли к выводу, что исходно на Земле не было тектоники плит, при том что её считают важным условием обитаемости планеты. Открытие имеет большое значение для понимания условий, в которых возникла земная жизнь. Соответствующая статья опубликована в Nature.

Учёные собрали образцы базальтов и гранитов, имеющейся в Пилбаре, где находятся древнейшие участки земной континентальной коры. Термодинамическое моделирование фазового равновесия для найденных пород показало, что базальты этого региона при погружении в мантию подвергались условиям, совершенно нетипичным для сегодняшней Земли. При сравнительно низком давлении на них воздействовал очень сильный нагрев. Такие условия могли существовать, только если планета была покрыта не отдельными тектоническими плитами, а единой жёсткой плитой-крышкой толщиной не менее 35 километров.

Из этого следует, что первые континенты сформировались до начала движения тектонических плит, в период, когда Земля была покрыта жёсткой крышкой — единой корой, ещё не разделившейся на континентальную и океаническую. Самым старым породам в Пилбаре 3,5 миллиарда лет, так что тектоника плит на Земле началась далеко не в первые сотни миллионов лет её существования. Чтобы единая жёсткая крышка начала трескаться и отдельные её части (будущая континентальная кора) начали топить другие, более тяжёлые (будущую океаническую кору), должно было пройти значительное время.

Ранее считалось, что тектоника плит была на нашей планете изначально, с момента формирования коры 4,5 миллиарда лет назад. Новые данные опровергают эту концепцию и ставят под вопрос то, насколько перемещение плит вообще необходимо для возникновения жизни. Впрочем, оно может оказаться условием её выживания впоследствии.

Базальты — базовая порода, образующиеся при извержении наземных и подводных вулканов. Когда базальты океанического происхождения попадают под надвигающуюся на них континентальную плиту, они тонут, создавая в мантии потоки, плавящие вышележащие слои мантии. При таком плавлении в этих слоях образуется гранит. Однако особенности состава как базальта, так и гранита зависят от термодинамических условий, в которых они образовывались. Сегодня базальты, погружающиеся под континентальную кору, исходно холодны (остыли, когда были на поверхности). Их плавление занимает время и наступает лишь тогда, когда базальт уже погрузился на большую глубину, там, где высокое давление.

Исследованные австралийские базальты показали противоположную картину. Из их состава следует, что они подвергались большому нагреву уже при очень низком давлении, не успев глубоко погрузиться. Это возможно только в том случае, если несколько миллиардов лет назад высокая температура была сразу под корой, где давление ещё мало. А это, в свою очередь, реально, только если кора в ту пору являлась жёсткой крышкой — единой плитой без трещин и столкновений отдельных плит.

Тектоника плит считается важной предпосылкой устойчивой обитаемости планеты, потому что она обеспечивает периодический вынос на поверхность нужных живым организмам элементов. Попутно она уносит остатки органики, захоранивая их и регулируя тем самым количество углекислого газа в атмосфере. Если бы всего этого не было, полагает часть учёных, жизнь испытывала бы дефицит ресурсов и не смогла бы успешно развиваться.