Ученые удревнили тектонику плит до времен возникновения жизни на Земле

Континентальная кора — тип земной коры, залегающий под материками, частью их шельфа и крупными островами. Она покрывает примерно 40 процентов поверхности земного шара, а ее толщина в среднем составляет 35-45 километров. Эта кора имеет три слоя: верхний осадочный, гранитный и самый нижний — базальтовый (верхних границ этого слоя люди пока не достигли; самая глубокая скважина, которую удалось пробурить, — Кольская, ее глубина — 12 262 метра).

Ученые считают, что первые блоки континентальной коры возникли на Земле в архее — около трех-четырех миллиардов лет назад — и изначально могли состоять из одного базальта (магматическая вулканическая горная порода). Однако точные механизмы формирования континентальной коры исследователи назвать не могут, есть лишь предположения. 

Так, по одной из гипотез, эта кора могла образоваться в результате тектоники плит. Внешняя твердая оболочка Земли разделена на несколько подвижных фрагментов — литосферных плит, которые медленно «плавают» по поверхности мантии и сталкиваются друг с другом, погружаясь в глубинные слои планеты. Взаимодействие этих плит приводит к образованию на границах между ними зон сейсмической и вулканической активности, а также к появлению гор и других типов рельефа. Иными словами, тектоника литосферных плит запустила процессы, позволяющие Земле эволюционировать и сформировать континенты.

Но с этой гипотезой есть одна проблема. Последние сейсмические исследования земных недр, которые ученые проводили в разных частях света, показывали, что глобальные движения литосферных плит начались два-три миллиарда лет назад, то есть уже после образования континентальной коры. 

Однако в новой работе, опубликованной в журнале Nature Geoscience, шотландские геофизики из Эдинбургского университета попытались оспорить все ранее выдвинутые утверждения о том, что континентальная кора не могла сформироваться в результате тектоники плит.

Исследователи провели эксперимент с образцами магматических вулканических горных пород, взятыми с океанического плато Онтонг-Ява в Тихом океане, которые похожи на базальты континентальной коры, сформировавшейся 3,6-4 миллиарда лет назад. 

«В качестве исходных материалов мы взяли образцы базальтов, образовавшихся из мантии с вероятной температурой 1500–1600 градусов Цельсия, что аналогично условиям, при которых появились базальты, входившие в состав древней континентальной коры», — объяснил один из авторов исследования Алан Хасти. 

В частности, шотландские специалисты сымитировали в лаборатории температуру мантии, равную 1500–1650 градусам Цельсия, после чего проверили, при каком давлении (от 1,2 до 1,4 гигапаскаля (ГПа), соответствует давлению на глубине 40-50 километров) минералы, входящие в состав некоторых магматических пород, остаются стабильными, а при каком разрушаются. Ученые подчеркнули, что такое давление выбрано неслучайно: оно соответствует давлению, которое было на самых глубоких уровнях земной коры в архее. 

Результаты эксперимента показали, что исследуемые минералы могли образоваться только при определенных тектонических условиях в период между от 3,6 до четырех миллиардов лет назад. Следовательно, предположили геофизики, тектоническая активность, пусть даже в примитивной форме, уже была запущена на нашей планете около четырех миллиардов лет назад.

Исследователи сделали вывод, что если движение литосферных тектонических плит на Земле началось в архее, получается, уже тогда на планете могли действовать вулканы. Значит, по мнению авторов работы, выделяемые вулканами во время извержения газы, такие как метан и оксид углерода, могли сыграть ключевую роль в возникновении жизни — стать источником пробиотических молекул, из которых потом возникли первые бактерии.

Согласно современным научным представлениям, жизнь на Земле зародилась в архейскую эру — не менее 3,7 миллиарда лет назад. То есть во времена, когда, по мнению шотландских геофизиков, и была запущена тектоническая активность.