Медленное начало тектоники плит, несмотря на горячую раннюю Землю

Ученые из Кёльнского университета в статье для PNAS представили важные новые данные, показывающие, что тектоника плит началась относительно медленно, хотя недра ранней Земли были гораздо горячее, чем сегодня.

В рамках международного сотрудничества геологи обнаружили, что в ранней истории Земли мантийная конвекция (внутреннее перемешивание планеты) была удивительно медленной и пространственно ограниченной. Это неожиданное открытие, поскольку планета была значительно горячее в первые сотни миллионов лет после её формирования, и предполагалось, что конвекция в то время протекала намного быстрее. Однако, согласно исследованию «Convective isolation of Hadean mantle reservoirs through Archean time», полномасштабная мантийная конвекция началась лишь около 3 миллиардов лет назад, когда, как полагают, полностью заработала современная тектоника плит.

Для своего исследования ученые изучили магматические породы из северо-западной Австралии возрастом до 3,5 млрд лет, охватывающие 800 млн лет ранней истории Земли. Анализ показал, что самые древние образцы имеют небольшие аномалии в изотопном составе вольфрама (¹⁸²W), которые постепенно уменьшаются со временем. Происхождение этих аномалий связано с древней неоднородностью мантии, сформировавшейся сразу после образования Земли более 4,5 млрд лет назад. Сохранение этих аномалий ¹⁸²W в породах указывает, что первичные резервуары мантии сохранялись в изоляции более миллиарда лет.

Это удивительно, поскольку более высокая температура мантии ранней Земли предполагает более быструю и масштабную конвекцию. Примечательно, что наблюдаемые аномалии ¹⁸²W начинают уменьшаться как раз около 3 млрд лет назад — в геологическую эру, которую связывают с началом современной тектоники плит. Её начало, включающее процессы субдукции и горообразования, стало ключевым событием для формирования крупных континентальных массивов и богатой кислородом атмосферы, что заложило основу для возникновения сложной жизни.