Лава дает возможность заглянуть в раннюю Землю

Исследователи из Гарвардского университета и Гавайского университета считают, что разрешили давний научный спор о происхождении внутриплитовых вулканов (горячих точек), показав, что их лава служит окном в состав ранней Земли.

Доцент геохимии Суджой Мукхопадхьяй и Хельге Гоннерманн провели сложное компьютерное моделирование изменений в газах, растворенных в магме, по мере ее подъема из мантии через земную кору. Магма извергается в виде лавы, которая, остывая, может формировать огромные океанические острова, такие как гавайский Мауна-Кеа. Долгое противоречие заключалось в интерпретации двух типов данных по гелию в лаве океанических островов и срединно-океанических хребтов. Высокое соотношение изотопов гелия (³He/⁴He) указывает на то, что эта лава частично происходит из древней, неизменной с момента формирования Земли мантии. Однако низкая концентрация самого гелия, казалось бы, свидетельствует о том, что источник магмы уже подвергался плавлению ранее, что означало бы ее переработку, как в случае хребтов.

В отчете, опубликованном 25 октября в журнале Nature, ученые объясняют, что низкая концентрация гелия в островной магме не обязательно означает ее вторичное происхождение. Они показали, что гелий теряется из магмы при ее первом подъеме к поверхности из-за падения давления. При этом растворенные газы, такие как гелий и CO₂, образуют пузырьки. Ключевую роль играет более высокое содержание CO₂ в лаве островов по сравнению с лавой хребтов: CO₂ формирует пузырьки, в которые может перейти гелий, и оба газа затем теряются при извержении.

Эти результаты имеют далеко идущие последствия для понимания геологической эволюции Земли. Господствующие теории предполагают, что за миллиарды лет медленная циркуляция в мантии и движение плит полностью переработали планету, не оставив первичного материала. Если же лава океанических островов является остатком ранней Земли, это потребует пересмотра моделей мантийной конвекции, допускающих существование нетронутых областей.

«Мы показываем, что геохимические данные с океанических островов действительно согласуются с тем, что некоторые части мантии не плавились за всю историю Земли. Теперь нам нужно создать сценарии конвекции, которые оставляют определенные участки мантии нетронутыми», — заявил Мукхопадхьяй. Гоннерманн предположил, что в нижней мантии может существовать слой, не вовлеченный в основную циркуляцию, или разбросанные карманы первичного материала.

Мукхопадхьяй отметил, что инертные благородные газы, такие как гелий, являются мощным инструментом для изучения дегазации в долгосрочной перспективе, поскольку на них не влияют биологические процессы. Используя эти газы, ученые надеются заглянуть в первые сотни миллионов лет истории Земли и понять, как высвобождение газов из пород повлияло на состав ранней атмосферы.