Геологи из Университета Гонконга разгадали, как формировались первые континенты Земли более 2,5 миллиардов лет назад. Оказалось, что древние участки суши, в отличие от современных, возникли не из-за движения тектонических плит, а благодаря мощным потокам раскаленной магмы, поднимавшейся из глубин планеты.

Результаты опубликованы в издании Science Advances.

Исследователи изучили древние гранитоидные породы (TTG), которые составляют основу древнейших континентов. Эти камни, найденные в Северном Китае, сформировались около 2,5 миллиардов лет назад. Ученые проанализировали крошечные кристаллы циркона внутри них — они сохранили химические следы условий, в которых образовались.

Оказалось, что эти породы формировались в сухой и очень горячей среде, совсем не похожей на зоны субдукции, где одна плита уходит под другую. Кислородный состав цирконов указал на смесь расплавленных океанических пород и осадочных отложений — это типично для областей над мантийными плюмами, гигантскими столбами магмы, поднимающимися из недр Земли.

Мантийный плюм — гигантский столб раскаленного вещества, поднимающийся из глубины мантии к земной коре. Он похож на лавовую лампу: горячая масса всплывает, создавая вулканы и влияя на состав коры. Такие плюмы, вероятно, «выплавили» первые континенты.

Как это происходило

• Около 2,7 млрд лет назад мантийный плюм создал толстый слой базальта на дне древнего океана.
• Через 200 млн лет новый плюм нагрел нижние слои базальта, и они частично расплавились, образовав легкие TTG-породы — основу первых континентов.

Наши данные доказывают, что древние континенты могли формироваться без субдукции, — говорит Диньи Чжао, ведущий автор исследования. — Вместо этого ключевую роль сыграли мантийные плюмы и процесс сагдукции — когда тяжелые породы постепенно погружались вглубь под собственным весом.

Это открытие меняет представление о ранней Земле: оказывается, ее кора формировалась не так, как сейчас. А еще оно показывает, что анализ воды и изотопов кислорода в цирконах — мощный инструмент для изучения древних геологических процессов.

Понимание ранних этапов формирования континентов помогает:

• Лучше искать полезные ископаемые — многие месторождения связаны с древними геодинамическими процессами.
• Предсказывать эволюцию планеты — если Земля в прошлом работала иначе, возможно, и другие планеты проходят схожие этапы.
• Уточнить модели климата — состав ранней коры влиял на атмосферу, а значит, и на условия зарождения жизни.

Отметим, что исследование опирается на данные из одного региона (Северный Китай). Хотя выводы убедительны, их нужно проверить на других древних щитах — например, в Канаде или Австралии. Кроме того, модель сагдукции сложно подтвердить без прямых следов в геологической летописи.

Ранее ученые заметили, что мантия нашей планеты относительно однородна.