2 ноября 2021 года в журнале Scientific Reports вышла статья “Depletion of the upper mantle by convergent tectonics in the Early Earth”, ставшая своеобразным развитием исследования, опубликованного в прошлом году в журнале NATURE, в котором было показано как сформировались алмазоносные корни континентов. Это работа была признана Российской академией наук как одно из важнейших достижений в науках о Земле за 2020 год.
Теперь ученые вновь отправились вглубь истории Земли, чтобы с помощью петролого-термомеханического моделирования с помощью суперкомпьютеров проверить возможность существования тектоники плит на молодой планете и проследить изменение тектоники плит при остывании Земли. Важно отметить, что мантия молодой Земли – главная силикатная оболочка планеты – была настолько горячей (температура на 200-300оС выше современной), что, по мнению многих исследователей, масштабное перемещение тектонических плит и, тем более, их погружение в зонах субдукции было невозможно (или крайне затруднено) из-за их размягчения и потери прочности.
«О том, как в современных условиях происходит субдукция, рассказал руководитель научной группы, заведующий кафедрой петрологии и вулканологии геологического факультета МГУ профессор Алексей Перчук: «Одна жесткая тектоническая плита погружается под другую жесткую плиту. На глубине породы погружающейся плиты преобразуются, выделяют большое количество водного флюида, способствующего развитию магматизма на островных дугах (напр., Курильские острова) или на активных окраинах континентов (напр., Анды). Но в раннем архее из-за более высокой температуры плиты были более тонкими и пластичными, поэтому погружаясь, одна плита утягивала за собой другую. Режим двухсторонней субдукции совершенно нетипичен для современной тектоники, но, по всей видимости, был доминирующим в Ранней Земле. Моделирование показало удивительную особенность этого процесса. В результате встречной субдукции двух плит между ними образуется огромный клин глубиной до 150-200 км, состоящий из пород океанической коры, интенсивно изменяемых горячим водным флюидом. В этом клине наблюдается образование гранитов, составляющих основной объем континентов современной Земли, и потому клинья, можно рассматривать, как протоконтиненты. Так ли это или континентальные клинья были уничтожены тектоническими процессами, мы планируем выяснить в наших следующих работах».
Кроме того, исследование разрешило давний спор геологов по поводу возможности функционирования механизма субдукции в докембрийское время в принципе – многие исследователи справедливо полагали, что при высоких температурах мантии тектонические процессы в современном стиле тектоники плит невозможны. Разгадка оказалась в том, что верхняя мантия в Ранней Земле была довольно простого минерального и химического состава – она была в значительной степени истощена из-за потери компонентов, которые израсходовались на образование океанической коры базальтового состава мощностью в 4 раза больше современной (30 км и 7 км, соответственно). Истощенная мантия является менее плотной, чем обогащенная (феритильная), она возникает при частичном плавлении перидотитов преимущественно в зонах спрединга – там, где рождается океаническая кора. В Современной Земле «слой» истощенной мантии довольно тонкий, он расположен внутри литосферной плиты и вместе с ней погружается в зоне субдукции до переходной зоны мантии или глубже в нижнюю мантию. В Ранней Земле, как показали расчеты ученых, «слои» легкой истощенный мантии, многократно превышающие мощность литосферных плит, отделялись от плит и подтекали под литосферу, еще более наполняя верхнюю мантию. В этой истощенной оболочке могли осуществляться масштабные эндогенные процессы, отличные от современных. Что произошло с такими объемами истощенной мантии, какие этапы она прошла на пути к Современной Земле – загадка, которую еще предстоит решить исследователям нашей планеты.