Следы древнего магматического океана Земли обнаружены в породах Гренландии
Новое исследование под руководством Кембриджского университета выявило редкие свидетельства, сохранившиеся в химическом составе древних пород Гренландии, о времени, когда Земля была почти полностью расплавлена. Работа, опубликованная в журнале Science Advances, проливает свет на важный период формирования нашей планеты, когда глубокий океан раскалённой магмы покрывал её поверхность и простирался на сотни километров вглубь.
Именно постепенное охлаждение и кристаллизация этого «магматического океана» заложили химический состав недр Земли — это ключевой этап в формировании структуры планеты и её ранней атмосферы. Учёные полагают, что катастрофические столкновения в период образования Земли и Луны генерировали достаточно энергии для плавления её недр, однако об этой отдалённой и огненной фазе истории известно мало, так как тектонические процессы уничтожили почти все породы старше 4 миллиардов лет.
Теперь исследователи обнаружили химические остатки магматического океана в породах юго-западной Гренландии возрастом 3,6 миллиарда лет. Эти находки подтверждают давнюю теорию о том, что Земля когда-то была почти полностью расплавлена, и позволяют заглянуть во время, когда планета начала отвердевать и формировать химию, управляющую её внутренней структурой сегодня. Исследование также предполагает, что и другие породы на поверхности Земли могут сохранять следы древних магматических океанов.
«Существует мало возможностей получить геологические данные о событиях первого миллиарда лет истории Земли. Поразительно, что мы можем вообще держать эти породы в руках — не говоря уже о том, чтобы получить столько деталей о ранней истории нашей планеты», — говорит ведущий автор работы доктор Хелен Уильямс из Кембриджского университета.
Исследование сочетает детальный химический анализ с термодинамическим моделированием, чтобы понять изначальное происхождение гренландских пород и путь их поднятия на поверхность. Породы пояса Исуа в Гренландии, старейшего выхода пород на Земле, внешне похожи на современный базальт. Новые данные показывают, что они сохранили редкие свидетельства, предшествующие даже тектонике плит — остатки кристаллов, оставшихся после остывания того магматического океана.
«Именно комбинация наших новых химических анализов и ранее опубликованных данных указала нам, что породы Исуа могут содержать следы древнего материала. Изотопы гафния и неодима были особенно интригующими, так как эти изотопные системы крайне сложно изменить — поэтому мы должны были изучить их химию подробнее», — отмечает соавтор работы доктор Ханика Ризо из Карлтонского университета.
Изотопный состав железа подтвердил, что породы Исуа происходят из частей земных недр, сформировавшихся в результате кристаллизации магматического океана. Большая часть этих первозданных пород была перемешана мантийной конвекцией, но учёные полагают, что некоторые изолированные зоны на границе мантии и ядра могли оставаться нетронутыми миллиарды лет. Именно реликты этих «кладбищ кристаллов» команда обнаружила в химии пород Исуа. «Образцы с характерным железным отпечатком также имеют аномалию вольфрама — признак формирования Земли, — что заставляет нас думать, что их происхождение можно проследить до этих древнейших кристаллов», — поясняет Уильямс.
Путь этих сигналов из глубинной мантии на поверхность был сложным, включающим несколько стадий кристаллизации и повторного плавления — своего рода процесс дистилляции. Полученные данные указывают, что современные вулканы горячих точек, такие как Гавайские, также могут быть связаны с аналогичными древними процессами в глубинах мантии. «Геохимические сигналы, которые мы обнаружили в породах Гренландии, имеют сходство с породами, извергаемыми вулканами горячих точек, подобными Гавайям. Нас интересует, могут ли они также подпитываться из глубин, достигая обычно недоступных нам регионов недр», — говорит доктор Оливер Шортел, соавтор исследования.
Учёные планируют продолжить поиск химических ключей к разгадке магматического океана в других древних породах. «Мы смогли расшифровать, что происходило в одной части недр нашей планеты миллиарды лет назад, но чтобы заполнить картину, мы должны продолжать искать другие химические подсказки в древних породах», — отмечает соавтор работы доктор Саймон Мэтьюз из Университета Исландии.