Первые континенты Земли возникли на сотни миллионов лет раньше, чем предполагалось

Это отталкивает предыдущие оценки того, когда кратоны впервые поднялись из воды, поскольку различные исследования предполагали, что крупномасштабное появление кратона произошло примерно 2,5 миллиарда лет назад.

“Не было никаких сомнений в том, что континенты частично выступали из воды еще 3,4 миллиарда лет назад“, - сказал Илья Биндеман, профессор геологии в Университете Орегона, который не принимал участия в новом исследовании. Это потому, что ученые обнаружили осадочные породы, которые образовались из раздробленных кусков других горных пород, подвергшихся эрозии и выветриванию, которые относятся к той эпохе. Такие осадочные породы могли образоваться только после того, как земля прорвалась через поверхность океанов ранней Земли.

Но хотя геологи знали, что по крайней мере часть кратонов должна была быть обнажена более 3 миллиардов лет назад, точные сроки и масштабы их появления оставались предметом споров. Авторы исследования предполагают, что целые кратоны, а не только небольшие участки земли, возникли из океанов 3,3 миллиарда лет назад, хотя на планете тогда не хватало “тектоники плит в современном стиле“, необходимой для движения этих плавающих кусочков коры вверх.

Для нового исследования, опубликованного 8 ноября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), авторы отправились в кратон Сингхбхум, расположенный в восточной Индии. “Карманы“ древних осадочных пород ранее были обнаружены в кратоне, и команда хотела определить их точный возраст и природу образования, сказал первый автор Приядарши Чоудхури, научный сотрудник Школы Земли, Атмосфера Университета Монаша. и окружающая среда в Мельбурне, Австралия.

“Когда мы соединили все осадочные карманы вместе, мы обнаружили, что все они образовались одновременно, - в речной или пляжной среде“, - сказал Чоудхури. Это означало бы, что большая часть кратона подверглась воздействию воздуха и проточной воды одновременно.

Чтобы определить возраст пород, команда исследовала их на предмет крошечных кристаллов, называемых цирконами, которые содержат радиоактивный элемент уран. “Мы извлекаем цирконы из горных пород - это очень утомительный процесс“, - сказал Чоудхури. “Вы можете себе представить, что найти цирконы - это все равно, что найти иголку в стоге сена“, потому что зерна циркона имеют размеры всего в несколько десятков микрон, что делает их похожими на очень мелкий песок.

После сбора цирконов команда обработала кристаллы лазером, чтобы выявить их химический состав, используя метод, называемый масс-спектрометрией. Уран распадается на свинец с фиксированной скоростью, поэтому, исследуя соотношение урана и свинца в каждом образце, группа могла определить возраст горных пород; исходя из этого, они подсчитали, что весь кратон стал обнаженным примерно от 3,2 до 3,3 миллиарда лет назад.

Но какие силы первыми вытеснили кратон Сингхбхам из воды? Чтобы понять это, авторы взяли образцы вулканических пород из кратонов, то есть пород, образовавшихся в результате кристаллизации горячей магмы; эти магматические породы лежат прямо под осадочными породами в кратоне, образуя своего рода “фундамент“.

Химический состав этих вулканических пород кодирует информацию о давлении и температуре, при которых они впервые образовались. Принимая во внимание этот химический состав, команда построила модель, чтобы воссоздать условия, которые сформировали скалы, а затем заставили их пройти через поверхность океана.

Модель предполагает, что около 3,5–3,2 млрд лет назад горячие шлейфы магмы под корой заставляли части кратона утолщаться и обогащаться плавучими легкими материалами, такими как сицилия и кварц. По словам Чоудхури, этот процесс оставил кратон “физически толстым и химически легким“ по сравнению с более плотной скальной породой, окружающей его, и, таким образом, вытолкнул массив суши из воды.

Другие кратоны содержат осадочные породы того же возраста, что и кратон Сингхбхум в Индии, включая кратон Каапваал в Южной Африке и кратон Пилбара в Австралии. Основываясь на новом исследовании, вполне возможно, что эти кратоны также появились полностью более 3 миллиардов лет назад, написали авторы исследования в своем отчете. Но хотя такое массовое появление континентов возможно, остается несколько огромных вопросов относительно этого периода истории Земли: сколько именно суши было обнажено в одно время и как долго эти суши оставались над водой? На данный момент ответы на оба вопроса остаются загадкой, сказал Чоудхури.