Учені вивчили тектоніку плит до часів виникнення життя на Землі

Шотландські геофізики провели експеримент і з’ясували, що тектонічна активність Землі почалася набагато раніше, ніж вважали до цього. А процеси, які відбувалися внаслідок руху літосферних плит, могли призвести до зародження життя на нашій планеті.

Континентальна кора – тип земної кори, що залягає під материками, частиною їхнього шельфу і великими островами. Вона покриває приблизно 40 відсотків поверхні земної кулі, а її товщина в середньому становить 35-45 кілометрів. Ця кора має три шари: верхній осадовий, гранітний і найнижчий – базальтовий (верхніх меж цього шару люди поки що не досягли; найглибша свердловина, яку вдалося пробурити, – Кольська, її глибина – 12 262 метри).

Учені вважають, що перші блоки континентальної кори виникли на Землі в археї – близько трьох-чотирьох мільярдів років тому – і спочатку могли складатися з одного базальту (магматична вулканічна гірська порода). Однак точні механізми формування континентальної кори дослідники назвати не можуть, є лише припущення.

Так, за однією з гіпотез, ця кора могла утворитися внаслідок тектоніки плит. Зовнішня тверда оболонка Землі розділена на кілька рухомих фрагментів – літосферних плит, які повільно “плавають” поверхнею мантії і стикаються одна з одною, занурюючись у глибинні шари планети. Взаємодія цих плит призводить до утворення на кордонах між ними зон сейсмічної та вулканічної активності, а також до появи гір та інших типів рельєфу. Іншими словами, тектоніка літосферних плит запустила процеси, що дають змогу Землі еволюціонувати і сформувати континенти.

Карта літосферних плит / © Wikimedia

Але з цією гіпотезою є одна проблема. Останні сейсмічні дослідження земних надр, які вчені проводили в різних частинах світу, показували, що глобальні рухи літосферних плит почалися два-три мільярди років тому, тобто вже після утворення континентальної кори.

Однак у новій роботі, опублікованій у журналі Nature Geoscience, шотландські геофізики з Единбурзького університету спробували оскаржити всі раніше висунуті твердження про те, що континентальна кора не могла сформуватися в результаті тектоніки плит.

Дослідники провели експеримент зі зразками магматичних вулканічних гірських порід, узятих з океанічного плато Онтонг-Ява в Тихому океані, які схожі на базальти континентальної кори, що сформувалася 3,6-4 мільярди років тому.

“Як вихідні матеріали ми взяли зразки базальтів, що утворилися з мантії з імовірною температурою 1500-1600 градусів Цельсія, що аналогічно умовам, за яких з’явилися базальти, що входили до складу стародавньої континентальної кори”, – пояснив один з авторів дослідження Алан Хасті.

Зокрема, шотландські фахівці зімітували в лабораторії температуру мантії, що дорівнює 1500-1650 градусів Цельсія, після чого перевірили, за якого тиску (від 1,2 до 1,4 гігапаскаля (ГПа), що відповідає тиску на глибині 40-50 кілометрів) мінерали, що входять до складу деяких магматичних порід, залишаються стабільними, а за якого руйнуються. Учені підкреслили, що такий тиск обрано невипадково: він відповідає тиску, який був на найглибших рівнях земної кори в археї.

Результати експерименту показали, що досліджувані мінерали могли утворитися тільки за певних тектонічних умов у період між від 3,6 до чотирьох мільярдів років тому. Отже, припустили геофізики, тектонічна активність, нехай навіть у примітивній формі, вже була запущена на нашій планеті близько чотирьох мільярдів років тому.

Дослідники зробили висновок, що якщо рух літосферних тектонічних плит на Землі розпочався в археї, виходить, уже тоді на планеті могли діяти вулкани. Отже, на думку авторів роботи, гази, що виділяються вулканами під час виверження, як-от метан і оксид вуглецю, могли зіграти ключову роль у виникненні життя – стати джерелом пробіотичних молекул, з яких потім виникли перші бактерії.

Згідно з сучасними науковими уявленнями, життя на Землі зародилося в архейську еру – щонайменше 3,7 мільярда років тому. Тобто в часи, коли, на думку шотландських геофізиків, і була запущена тектонічна активність.