Химические остатки участка земной коры, погрузившегося глубоко в мантию, со временем могут вновь выйти на поверхность в совершенно другом месте — например, на каком-нибудь далёком вулканическом острове.
Анализ вулканической породы на одном из островов южной части Тихого океана позволил учёным предположить, что этот процесс занимает более 2 млрд лет.
Остатки земной коры, затонувшей около 2,5 млрд лет назад, вновь поднялись благодаря восходящему потоку в мантии. (Иллюстрация Nature.)
Соавтор Рита Кабраль из Бостонского университета (США) отмечает, что химический и изотопный состав мантии варьируется от места к месту. Возможно, это результат опускания кусков коры, но конкретных доказательств тому до сих пор получено не было.
За ними исследователи отправились на остров Мангаиа — самый южный из островов Кука. Местные вулканические породы, сформированные около 20 млн лет назад, сильно выветрились, но сернистые минералы, заключённые в кристаллах оливина, устойчивых к выветриванию и сформировавшихся на глубине в несколько километров, всё ещё хранят ту «химию», которая предшествовала извержению, что вывело их на поверхность планеты.
А состав красноречив! Например, г-жа Кабраль отмечает, что доля изотопа серы-33 много ниже показателя, типичного для земной коры. Хотя к этой аномалии могут привести и биологические процессы, последние одновременно создали бы аномально высокую концентрацию серы-34, но в образцах с Мангаиа этого нет.
Наиболее вероятным источником пород, бедных серой-33, учёные считают мантийный материал, который содержит остатки коры, затонувшей или иным образом оказавшейся под поверхностью планеты по крайней мере 2,45 млрд лет назад, ещё до того, как фотосинтезирующие организмы приступили к накачиванию атмосферы кислородом. Когда кислорода было мало, химические реакции, протекавшие под действием солнечного света, естественным образом должны были создать сернистые соединения с малым содержанием серы-33. Позднее озоновый слой, ставший результатом кислородной катастрофы, подавил эти процессы.
В какой-то момент материал с границы коры и мантии поднялся вновь вместе с так называемым мантийным плюмом (восходящим потоком). Г-жа Кабраль просит обратить внимание на малую интенсивность перемешивания материала в мантии, ведь этот кусок породы вышел обратно на поверхность почти в том же виде, в каком затонул. Возможно, в мантии можно найти целое «кладбище» не тронутых временем древних литосферных плит.
Можно ли считать полученные данные свидетельством существования тектоники по крайней мере 2,45 млрд лет назад? Исследователи не спешат делать такой вывод. По их мнению, в то время планета была ещё молода и горяча, поэтому данный участок коры мог затонуть не из-за субдукции (захождения одной литосферной плиты под другую, как это происходит сегодня), а каким-то иным образом. Действительно, геохимик Роберт Стерн из Техасского университета в Далласе (США) полагает, что материал с низким содержанием серы-33 мог образоваться не на поверхности Земли, а в «подбрюшье» континентальной коры, после чего отвалиться и затонуть в мантии. Нечто подобное кое-где случается и сейчас.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Подготовлено по материалам Nature News.
