Глубинная переработка в Земле происходит быстрее, чем считалось

Переработка земной коры в вулканах происходит значительно быстрее, чем предполагали учёные. Порода океанической коры, погружающаяся глубоко в недра из-за движения тектонических плит, вновь появляется в результате вулканических извержений примерно через 500 миллионов лет. К такому результату пришли немецкие исследователи из Института химии Макса Планка в Майнце, изучив образцы вулканических пород. Ранее геологи считали, что этот процесс занимает около двух миллиардов лет.

Практически все океанические острова имеют вулканическое происхождение. Некоторые из них, такие как Гавайи, образуются из самой нижней части мантии. Этот процесс схож с движением окрашенной жидкости в лавовой лампе: горячая порода поднимается в виде цилиндрических колонн, так называемых мантийных плюмов, с глубины почти 3000 километров. Ближе к поверхности она плавится из-за снижения давления и формирует вулканы. Плюм образуется из древней океанической коры, которая в ранней истории Земли опустилась на дно мантии.

Химический анализ микроскопических стекловидных включений в кристаллах оливина из базальтовой лавы вулкана Мауна-Лоа на Гавайях удивил геологов: весь процесс переработки занимает не более полумиллиарда лет, что в четыре раза быстрее прежних оценок. Включения содержат следовые элементы, первоначально растворённые в морской воде, что позволяет датировать процесс. Перед погружением в мантию древняя кора впитывает морскую воду, оставляющую характерные элементы-индикаторы. Возраст определяется по изотопному соотношению стронция, которое меняется со временем. Учёные разработали специальный метод лазерной масс-спектрометрии для обнаружения изотопов стронция в крайне малых количествах.

К своему удивлению, исследователи обнаружили в образцах следы морской воды с неожиданным изотопным соотношением стронция, указывающим на возраст включений менее 500 миллионов лет. «Очевидно, стронций из морской воды достиг глубоких слоёв мантии Земли и вновь появился всего через полмиллиарда лет в лавах гавайского вулкана», — отмечает соавтор публикации Клаус Петер Йохум.

Ещё одним сюрпризом стало огромное разнообразие изотопных соотношений стронция во включениях в оливине из единственного образца лавы. «Это разнообразие намного больше известного диапазона для всех гавайских лав, — говорит Александр Соболев. — Это говорит о том, что мантия гораздо более химически неоднородна в малом масштабе, чем мы думали ранее». Эта неоднородность сохраняется только во включениях, но полностью нивелируется в лавах из-за их полного смешивания. Учёные ожидают получить аналогичные результаты для других вулканов, чтобы точнее определить возраст переработки океанической коры.