Ученые опровергли ключевой аргумент в спорах о начале тектоники плит

Состав земной коры сегодня удивительно похож на химическую структуру древней «протокоры» — первого твердого слоя планеты. К такому выводу пришли исследователи из Университета Квинсленда. Их работа, опубликованная в журнале Nature, ставит под сомнение общепринятые представления о времени начала тектонических процессов.

Раньше ученые считали, что определенные химические сигнатуры, такие как соотношение титана и ниобия в кристаллических структурах пород, однозначно указывают на субдукцию — процесс, при котором одна тектоническая плита погружается под другую. Эти маркеры обнаруживали в породах возрастом до 4 млрд лет, что использовалось как аргумент в пользу раннего начала тектоники плит.

«Это, вероятно, ошибочный аргумент. Земля не всегда вела себя так, как сейчас», — заявил Крейг О’Нил, ведущий автор исследования.

Оказалось, что аналогичные химические сигнатуры могли формироваться и без субдукции — из-за особенностей магмы ранней Земли. В первые сотни миллионов лет мантия содержала больше железа, а кора и ядро еще не полностью разделились. Моделирование показало, что в таких условиях расплавленные породы кристаллизовались с теми же «субдукционными» маркерами, хотя плиты еще не двигались.

Хотя исследование опровергает ранние датировки, оно не исключает, что локальные тектонические процессы могли возникать из-за ударов астероидов. Однако глобальная система плит, по мнению О’Нила, сформировалась позже — между 3,2 и 2,7 млрд лет назад. В этот период появляется больше свидетельств рециркуляции пород и активного горообразования.

• 4 млрд лет назад: Земля покрыта протокорой, химический состав которой имитирует субдукционные сигнатуры.
• 3,8–3,2 млрд лет назад: возможны кратковременные эпизоды субдукции из-за ударов космических тел.
• 3,2–2,7 млрд лет назад: переход к глобальной тектонике плит.

Тектоника плит влияет на климат, состав атмосферы и даже возникновение жизни. Если она началась позже, чем считалось, это меняет представления об эволюции планеты. Например, без активной субдукции углекислый газ мог дольше оставаться в атмосфере, усиливая парниковый эффект.

Ученые теперь ищут новые методы, чтобы отличить «ложные» сигналы протокоры от настоящих следов тектоники. Один из подходов — анализ изотопов гафния и вольфрама, которые по-разному ведут себя в условиях ранней Земли и при субдукции.