Геологи предполагают, что ранние континенты сформировались благодаря мантийным плюмам, а не столкновениям плит

Геологи из Гонконгского университета (HKU) совершили прорыв в понимании того, как формировались ранние континенты Земли в архейскую эпоху, более 2,5 миллиарда лет назад. Их выводы, недавно опубликованные в журнале Science Advances, предполагают, что ранняя континентальная кора, вероятно, образовалась в результате глубинных процессов, называемых мантийными плюмами, а не тектоникой плит, которая формирует континенты сегодня.

В этом исследовании, проведённом под руководством докторов Диньи Чжао и Сянсонга Вана из группы по изучению ранней Земли профессора Гочун Чжао на кафедре наук о Земле и планетах HKU, обнаружены убедительные доказательства, что в формирующие годы Земли доминировал иной геодинамический режим. Исследование указывает на режим, в котором преобладали мантийные плюмы — колонны горячего расплавленного вещества, поднимающиеся из глубин Земли, а также на явление сагдукции — медленного погружения поверхностных пород под собственным весом в более горячие глубинные слои.

Изучение древних пород для понимания глубокого прошлого

Команда проанализировала древние гранитоидные породы, известные как TTG (тоналит-трондъемит-гранодиорит), которые составляют большую часть древнейшей континентальной коры. Эти породы возрастом около 2,5 млрд лет, найденные в северном Китае, содержат цирконы, сохранившие химические сигнатуры времени их образования. Измерения содержания воды и состава изотопов кислорода в этих цирконах показали, что породы формировались в сухих высокотемпературных условиях, нехарактерных для зон субдукции (где плиты сталкиваются и одна погружается под другую). Кислородные сигнатуры также указывают на смешение расплавленных океанических пород и осадков, что согласуется с образованием над мантийными плюмами.

Исследователи предложили двухстадийную модель. Около 2,7 млрд лет назад мантийный плюм привёл к образованию на морском дне толстых толщ базальта. Затем, около 2,5 млрд лет назад, другой плюм принёс тепло, вызвавшее частичное плавление нижних частей этих базальтов, что и породило более лёгкие породы TTG, сформировавшие континентальную кору.

Значение для наук о Земле и планетах

«Наши результаты предоставляют убедительные доказательства того, что архейская континентальная кора не обязательно должна была формироваться в результате субдукции, — объяснил доктор Диньи Чжао, первый автор статьи. — Вместо этого двухстадийный процесс, включающий подъём мантийного плюма и гравитационную сагдукцию зеленокаменных поясов, лучше объясняет геохимические и геологические особенности, наблюдаемые в Восточном блоке».

Сравнение содержания воды в цирконах и изотопов кислорода позволило отличить два одновозрастных архейских комплекса TTG — связанный с плюмом и связанный с островной дугой. «TTG из Восточного блока содержат заметно меньше воды, чем те, что образовались в надсубдукционной зоне в Транс-Северо-Китайском орогене, что подтверждает интерпретацию их несубдукционного происхождения», — подчеркнул профессор Гочун Чжао.

Это исследование не только даёт новое понимание формирования архейской континентальной коры, но и демонстрирует применение водных индикаторов для различения тектонических обстановок, внося вклад в растущий массив доказательств ключевой роли мантийных плюмов в ранней истории континентов.