4 миллиарда лет назад Земля состояла из серии океанов магмы глубиной в сотни километров. Фотография: ESA/ Hubble, M.Kornmesser
Земля не всегда была сине-зеленым оазисом жизни в негостеприимной солнечной системе. В первые 50 миллионов лет существования нашей планеты, примерно 4,5 миллиарда лет назад, ее поверхность представляла собой адский пейзаж из океанов магмы, пузырящихся и извергающихся теплом из недр Земли.
Последующее охлаждение планеты из этого расплавленного состояния и кристаллизация этих океанов магмы в твердую породу были определяющим этапом в сборке структуры нашей планеты, химии ее поверхности и формировании ее ранней атмосферы.
Предполагалось, что эти первобытные скалы, содержащие ключи к разгадке, которые могли бы объяснить обитаемость Земли, были потеряны из-за разрушительной силы тектоники плит. Но теперь команда учёных, во главе с Хелен Уильямс из Университета Кэмбридж, обнаружила химические остатки магматических океанов Земли в породах возрастом 3,7 миллиарда лет из южной Гренландии, когда Земля была почти полностью расплавленной.
Ад на Земле
Земля является продуктом хаотической ранней солнечной системы, которая, как полагают, испытала ряд катастрофических столкновений между Землей и другими планетными телами. Формирование Земли завершилось ее столкновением с планетой-ударником размером с Марс, что также привело к образованию Луны Земли около 4,5 миллиардов лет назад.
Считается, что эти космические столкновения сгенерировали достаточно энергии, чтобы расплавить земную кору и почти всю внутреннюю часть нашей планеты (мантию), создав объемы расплавленной породы планетарного масштаба, которые сформировали «океаны магмы» глубиной в сотни километров. В отличие от этого, сегодня земная кора полностью твердая, а мантия рассматривается как «пластичное твердое тело»: допускающее медленное вязкое геологическое движение вдали от жидкой магмы ранней мантии Земли.
По мере того, как Земля восстанавливалась и охлаждалась после хаотических столкновений, ее глубокие океаны магмы кристаллизовались и затвердевали, начиная путешествие Земли к планете, которую мы знаем сегодня. Вулканические газы, которые пузырились из охлаждающих океанов магмы Земли, возможно, сыграли решающую роль в формировании и составе ранней атмосферы нашей планеты, которая в конечном итоге будет поддерживать жизнь.
Земля теперь состоит из внутреннего ядра, внешнего ядра, нижней мантии, верхней мантии и коры. AlexLMX / ShutterstockГеологические раскопки
Найти геологические свидетельства бывшего расплавленного состояния Земли чрезвычайно сложно. Это связано с тем, что события в океане магмы, вероятно, произошли более 4 миллиардов лет назад, и многие породы того периода истории Земли с тех пор были переработаны тектоникой плит.
Хоть горных пород этого периода больше не существует, их химические следы все еще могут храниться в недрах Земли. Затвердевшие кристаллы периода похолодания Земли были бы настолько плотными, что опустились бы до основания мантии Земли. Ученые считают, что эти минеральные остатки могут храниться в изолированных зонах глубоко внутри границы между мантией и ядром Земли.
Если они действительно существуют, то эти древние кладбища кристаллов недоступны для нас - они прячутся слишком глубоко, чтобы мы могли брать пробы напрямую. И если бы они когда-либо поднялись на поверхность Земли, кристаллы магматического океана естественным образом подверглись бы процессу плавления и затвердевания, оставив только следы своего происхождения в вулканических породах, которые доходят до земной коры.
Кристальные подсказки
Гренландия стала хорошим местом для поиска следов расплавленного прошлого Земли. Найденные образцы учёных происходят из супракрустального пояса Исуа на юго-западе Гренландии, известного геологам региона. На первый взгляд скалы Исуа выглядят так же, как любой современный базальт, который вы найдете на морском дне. Но эти скалы - одни из самых старых в мире, возраст которых составляет от 3,7 до 3,8 миллиарда лет.
При анализе горных пород Исуа обнаружились уникальные признаки изотопа железа. Эти сигнатуры показали, что область мантии, из которой образовались горные породы, подверглась очень высокому давлению, более чем на 700 километров ниже поверхности Земли. Именно там должны были располагаться минералы, образовавшиеся во время кристаллизации магматического океана.
Но если эти породы действительно несут на себе следы кристаллизованного океана магмы, как они попали на поверхность Земли? Ответ заключается в том, как тает недра Земли, образуя вулканические породы на поверхности планеты.
Плавление горных пород
Когда области полутвердой мантии Земли нагреваются и тают, они плавно поднимаются к земной коре, в конечном итоге производя вулканические породы, когда магма достигает поверхности и остывает. Изучая химию этих горных пород на поверхности, мы можем исследовать состав материала, который плавился, чтобы сформировать их.
Изотопный состав горных пород Исуа показал, что их путешествие к поверхности Земли включало несколько стадий кристаллизации и переплавки внутри планеты - своего рода процесс дистилляции на пути к поверхности. Но образовавшиеся породы, расположенные на территории современной Гренландии, все еще сохраняют химические признаки, которые связывают их с покрытым магмой прошлым Земли.
Результаты нашей работы являются одними из первых прямых геологических свидетельств присутствия кристаллов магматического океана в вулканических породах, обнаруженных на поверхности Земли. Теперь учёные хотят понять, могут ли другие древние вулканические породы по всему миру рассказать нам больше о бывших магматических океанах Земли, или же они наткнулись на геологическую странность: скорее, одноразовый ключ к разгадке.
Если другие вулканы извергали подобные геологические артефакты, учёные могли бы также обратиться к современным горячим точкам извержений, таким как Гавайи и Исландия, в поисках дальнейших изотопных новинок, которые говорят о древнем прошлом Земли. Не исключено, что в будущем могут быть найдены более древние породы, которые помогут нам больше узнать о жестоком, покрытом магмой прошлом Земли.
Источник: The Conversation
Перевод: Айнур Искакова
