Новое исследование Техасского университета в Остине продемонстрировало возможную связь между жизнью на Земле и движением континентов. Полученные данные показывают, что отложения, которые часто состоят из кусочков мертвых организмов, могут играть ключевую роль в определении скорости дрейфа континентов. В дополнение к оспариванию существующих представлений о том, как плиты взаимодействуют друг с другом, выводы важны, поскольку они описывают потенциальные механизмы обратной связи между тектоническими движениями, климатом и жизнью на Земле.
Исследование, опубликованное 15 ноября в журнале Earth and Planetary Science Letters, описывает, как отложения, движущиеся под тектоническими плитами или погружающиеся под них, могут регулировать движение плит и даже могут играть роль в быстром подъеме горных хребтов и рост континентальной коры.
Исследование проводилось под руководством Уитни Бер, научного сотрудника Школы Джексона и профессора ETH Zurich в Швейцарии, а в соавторстве с Торстеном Беккером, профессором Школы наук о Земле Джексона UT и научным сотрудником ее Институт геофизики (UTIG).
Отложения образуются, когда ветер, вода и лед разрушают существующие породы или когда на морском дне накапливаются раковины и скелеты микроскопических организмов, таких как планктон. Давно известно, что отложения, попадающие в зоны субдукции, влияют на геологическую активность, такую как частота землетрясений, но до сих пор считалось, что они мало влияют на движение континентов. Это потому, что считалось, что скорость субдукции зависит от прочности погружающейся плиты, когда она изгибается и скользит в вязкую мантию, полурасплавленный слой породы под земной корой. Континентальное движение вызвано тем, что одна плита погружается под другую, поэтому в этом сценарии сила части плиты, втягиваемой в мантию Земли (и энергия, необходимая для ее изгиба), будет основным фактором, определяющим скорость движения плиты., при этом осадок оказывает незначительное влияние.
Однако предыдущие исследования с участием ученых UTIG показали, что погружающиеся плиты могут быть слабее и более чувствительны к другим воздействиям, чем считалось ранее. Это побудило исследователей искать другие механизмы, которые могли бы влиять на скорость плит. Они оценили, как разные типы горных пород могут повлиять на поверхность раздела плит - границу, где сходятся погружающиеся плиты. Последующее моделирование показало, что порода, состоящая из осадочных пород, может создавать смазывающий эффект между плитами, ускоряя субдукцию и увеличивая скорость движения плит.
Этот механизм может привести в действие сложную петлю обратной связи. По мере увеличения скорости плиты будет меньше времени для накопления отложений, поэтому количество погружающихся отложений будет уменьшаться. Это приводит к более медленной субдукции, что может позволить горам расти на границах плит, поскольку сила двух плит, сталкивающихся друг с другом, вызывает подъем. В свою очередь, эрозия этих гор ветром, водой и другими силами может привести к образованию большего количества отложений, которые возвращаются в зону субдукции и перезапускают цикл, увеличивая скорость субдукции.
«Механизмы обратной связи служат для регулирования скорости субдукции таким образом, что они не «убегают» с чрезвычайно высокими скоростями», - сказал Бер.
Новая модель Бера и Беккера также предлагает убедительное объяснение изменений, обнаруженных в скорости плит, таких как резкое ускорение движения Индии на север около 70 миллионов лет назад. Авторы предполагают, что по мере того, как Индия перемещалась по экваториальным морям, изобилующим жизнью, обилие осадочных пород, образованных органическим веществом, осевшим на морском дне, создавало смазывающий эффект в погружающейся плите. Движение Индии на север ускорилось с величественных 5 сантиметров в год (около 2 дюймов) до впечатляющих 16 сантиметров в год (около 6 дюймов). По мере того, как континент ускорялся, количество погружаемых отложений уменьшалось, а Индия замедлялась, прежде чем окончательно столкнуться с Азией.
Бер и Беккер предполагают, что эти механизмы обратной связи были бы совсем другими на ранней Земле до образования континентов и возникновения жизни. Хотя их модель не исследует происхождение этих механизмов обратной связи, она поднимает насущные вопросы о взаимодействии между движением континентов и жизнью на Земле.
«Становится ясно, что геологическая история приближающейся плиты имеет значение», - сказал Беккер, который также занимает почетную кафедру геофизики Shell в UT. «Нам придется более подробно изучить, как могут работать эти возможные процессы обратной связи».