Исследование дает новые ключи к пониманию формирования континентов Земли

Новое исследование, проведенное геологом Элизабет Коттрелл из Смитсоновского национального музея естественной истории и ведущим автором Меган Холикросс из Корнеллского университета, опровергает популярную гипотезу о роли минерала граната в формировании химического состава континентальной коры. Работа, опубликованная 4 мая в журнале Science, показывает, что характерное для континентальной коры низкое содержание железа и окисленное состояние, вероятно, не связаны с кристаллизацией граната в магматических очагах, как предполагалось ранее.

Образование новой континентальной коры происходит в зонах субдукции, где океаническая плита погружается под континентальную, а магма извергается через вулканы континентальных островных дуг. Согласно гипотезе 2018 года, кристаллизация граната в глубинных магматических очагах под этими вулканами извлекает из магмы восстановленное (неокисленное) железо, одновременно обедняя расплав железом и окисляя его. Именно низкое содержание железа делает континентальную кору менее плотной и более плавучей по сравнению с океанической, что позволяет континентам возвышаться над уровнем моря, создавая сушу.

Для проверки этой гипотезы ученые воссоздали в лаборатории условия, существующие на глубине до 35 км под вулканами. С помощью гидравлического пресса поршневого цилиндра они вырастили образцы граната из расплавленной породы при давлениях от 1.5 до 3 гигапаскалей (в 8000 раз выше давления в банке газировки) и температурах от 950°C до 1230°C. Затем, используя синхротронное излучение в Национальной лаборатории Аргонн, они с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии измерили соотношение окисленного и неокисленного железа в синтезированных и природных образцах граната.

Результаты показали, что гранат не способен извлечь из магмы достаточное количество неокисленного железа, чтобы объяснить наблюдаемую степень обеднения железом и окисления магм — строительного материала континентальной коры. «Эти результаты делают модель кристаллизации граната крайне маловероятным объяснением», — заявила Элизабет Коттрелл. По её словам, более вероятно, что окислительные условия формируются уже в мантии Земли под континентальной корой, возможно, под влиянием окисленной серы.