Новое исследование, проведенное Кембриджским университетом, обнаружило редкие свидетельства, сохранившиеся в составе древних горных пород Гренландии, которые говорят о том времени, когда Земля была почти полностью расплавлена.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, содержит информацию о важном периоде в формировании нашей планеты, когда глубокое море раскаленной магмы простиралось по поверхности Земли и простиралось на сотни километров в ее недра.
Постепенное охлаждение и кристаллизация этого «океана магмы» определили химический состав недр Земли - определяющий этап в сборке структуры нашей планеты и формировании нашей ранней атмосферы.
Ученые знают, что катастрофические удары во время формирования Земли и Луны произвели бы достаточно энергии, чтобы расплавить недра нашей планеты. Но мы мало что знаем об этой далекой и огненной фазе истории Земли, потому что тектонические процессы переработали почти все горные породы старше 4 миллиардов лет.
Теперь исследователи обнаружили химические остатки магматического океана в породах возрастом 3,6 миллиарда лет на юго-западе Гренландии.
Выводы подтверждают давнюю теорию о том, что когда-то Земля была почти полностью расплавлена, и открывают окно в то время, когда планета начала затвердевать и развивать химию, которая теперь управляет ее внутренней структурой. Исследование предполагает, что другие горные породы на поверхности Земли также могут хранить свидетельства существования древних магматических океанов.
Есть несколько возможностей получить геологические данные о событиях первого миллиарда лет истории Земли. Удивительно, что мы можем даже держать эти камни в руках, не говоря уже о том, чтобы получить столько подробностей о ранней истории Земли. наша планета», - сказала ведущий автор доктор Хелен Уильямс из Кембриджского департамента наук о Земле.
Исследование объединяет судебно-химический анализ с термодинамическим моделированием в поисках первобытного происхождения горных пород Гренландии и того, как они попали на поверхность.
На первый взгляд, породы, составляющие супракрустальный пояс Исуа в Гренландии, выглядят точно так же, как любой современный базальт, который можно найти на морском дне. Но это обнажение, которое впервые было описано в 1960-х годах, является старейшим обнажением горных пород на Земле. Известно, что он содержит самые ранние свидетельства микробной жизни и тектоники плит.
Новое исследование показывает, что породы Исуа также хранят редкие свидетельства, которые даже предшествуют тектонике плит - остатки некоторых кристаллов, оставшихся после остывания этого магматического океана.
Это была комбинация некоторых новых химических анализов, которые мы сделали, и ранее опубликованных данных, которые указали нам на то, что породы Исуа могут содержать следы древнего материала. Изотопы гафния и неодима были действительно дразнящими, потому что эти изотопные системы очень трудно модифицировать, поэтому нам пришлось более подробно изучить их химический состав», - говорит соавтор доктор Ханика Ризо из Карлтонского университета.
Изотопная систематика железа подтвердила Уильямсу и его команде, что породы Исуа образовались из частей недр Земли, образовавшихся в результате кристаллизации магматического океана.
Большая часть этой первобытной породы была перемешана конвекцией в мантии, но ученые считают, что некоторые изолированные зоны глубоко на границе мантии и ядра - древние кладбища кристаллов - могли оставаться нетронутыми в течение миллиардов лет.
Это реликвии этих кристаллических кладбищ, которые Уильямс и ее коллеги наблюдали в горной химии Исуа. «Эти образцы с железным отпечатком также имеют вольфрамовую аномалию - признак формирования Земли - что заставляет нас думать, что их происхождение можно проследить до этих первобытных кристаллов», - сказал Уильямс.
Но как эти сигналы из глубин мантии попадают на поверхность? Их изотопный состав показывает, что они не просто образовались в результате плавления на границе ядра и мантии. Их путешествие было более окольным, включая несколько стадий кристаллизации и переплавки - своего рода процесс дистилляции. Смесь древних кристаллов и магмы должна была сначала мигрировать в верхнюю мантию, где она была перемешана, чтобы создать «мраморный пирог» из горных пород с разных глубин. Позднее плавление этого гибрида пород привело к образованию магмы, питавшей эту часть Гренландии.
Выводы группы показывают, что современные горячие точки вулканов, которые, как считается, сформировались относительно недавно, на самом деле могут находиться под влиянием древних процессов.
"Геохимические сигналы, о которых мы сообщаем в горных породах Гренландии, имеют сходство с породами, извергающимися из горячих вулканов, таких как Гавайи, - нас интересует, могут ли они также подключаться к глубинам и получать доступ к внутренним областям, обычно за пределами нашего мира". досягаемости», - сказал доктор Оливер Шорттл, который совместно работает в Кембриджском отделении наук о Земле и Институте астрономии.
Выводы команды были получены в результате проекта, финансируемого Deep Volatiles, 5-летней исследовательской программы, финансируемой NERC. Теперь они планируют продолжить свои поиски, чтобы понять океан магмы, расширив свои поиски подсказок в древних горных породах и экспериментально моделируя изотопное фракционирование в нижней мантии.
«Мы смогли понять, что делала одна часть недр нашей планеты миллиарды лет назад, но чтобы дополнить картину, мы должны продолжать искать новые химические ключи в древних породах», - сказал соавтор. автор доктор Саймон Мэтьюз из Университета Исландии.
Ученые часто не хотят искать химические доказательства этих древних событий. «Доказательства часто меняются с течением времени. Но тот факт, что мы обнаружили то, что мы сделали, предполагает, что химический состав других древних пород может дать дальнейшее понимание формирования и эволюции Земли - и это очень интересно», - сказал Уильямс.