Как вода помогала древним вулканам извергаться три миллиарда лет назад?

Более трех миллиардов лет назад, когда Земля представляла собой раскаленный и мало похожий на современный мир, вода уже умудрялась проникать в глубины планеты и зажигать вулканы. Международная группа геологов под руководством доктора Эрика Ванденбурга из Университета Аделаиды пришла к такому выводу, изучая древнейшие вулканические породы кратона Пилбара в Западной Австралии. Этот регион — одно из немногих мест на планете, где сохранились нетронутыми фрагменты земной коры возрастом около 3,1 миллиарда лет. Как сообщается на портале ScienceDaily, анализ химических сигнатур в минералах показал, что значительные объемы воды в те времена достигали мантии и влияли на формирование магмы. Это меняет привычные представления о ранней Земле.

Почему камни из Пилбара так важны

Породы древнее трех миллиардов лет — редкость. Большая часть коры такого возраста погрузилась в мантию и была переработана, стерев записи о тех событиях. Кратон Пилбара уцелел благодаря своему уникальному положению, и сейчас в его обнажениях можно увидеть следы лавовых потоков, которые извергались на поверхность миллиарды лет назад.

«Эти камни сформировались более трех миллиардов лет назад, когда Земля была совсем другим местом», — отмечает Ванденбург. Именно поэтому они дают редкую возможность заглянуть в процессы, которые управляли планетой в самом начале ее геологической истории.

Вода путешествовала в недра задолго до тектоники плит

Сегодня главным механизмом «доставки» поверхностной воды в мантию служит субдукция. Когда океаническая плита встречается с континентальной, она погружается в глубь планеты, унося с собой гидратированные минералы. При дальнейшем погружении вода высвобождается, и это становится толчком для плавления пород. Если оглянуться на Тихий океан, то именно такой процесс питает десятки вулканов, образующих знаменитое Огненное кольцо.

Однако ранняя Земля была слишком горячей для современной субдукции. Плиты, вероятно, были менее жесткими, и их столкновения выглядели иначе. Новое исследование предполагает, что вода все же находила путь в недра, но по иному сценарию — через процесс, названный «дрипдакцией» (dripduction).

Дрипдакция не требует столкновения плит. Участки плотной, насыщенной водой коры периодически проваливались в мантию, словно капли в холодной жидкости. По мере опускания породы нагревались, вода уходила из них и провоцировала генерацию магмы. Затем магма поднималась наверх, извергалась, и из застывших лавовых потоков позже сложились те самые породы Пилбара. «Земля не работала точно так же, как сейчас, но некоторые ключевые процессы уже действовали», — подчеркивает геолог.

Химические улики возрастом 3,1 миллиарда лет

Чтобы понять, что происходило в мантии в ту далекую эпоху, авторы работы изучили изотопный состав минералов, сохранившихся в лавах. Концентрации элементов, чувствительных к присутствию воды, оказались аномально высокими. Похожие сигнатуры сегодня характерны для магм, рожденных при участии водяного пара, поступающего из погружающихся плит.

Это означает, что круговорот воды между поверхностью и внутренними оболочками планеты был запущен уже 3,1 миллиарда лет назад. Раньше ученые полагали, что начало такого обмена приходится на более поздние эпохи, когда оформилась тектоника плит. Теперь же выясняется, что поверхность и мантия активно общались задолго до появления современных геологических механизмов.

В изысканиях участвовали специалисты из Университета Аделаиды, Университета Монаша, Кардиффского университета, ряда других научных центров Австралии и Германии. Такое объединение усилий неудивительно: подобные исследования требуют и полевых работ в труднодоступных районах, и сложных лабораторных анализов.

Что это меняет в представлениях о ранней Земле

Главный вывод работы звучит просто: молодая планета была удивительно динамичной. Поверхность и глубокие недра взаимодействовали друг с другом намного раньше, чем предполагала традиционная модель. И это касается самого важного для существования жизни вещества — воды.

• Вода могла влиять на состав мантии и вулканическую активность задолго до возникновения современной тектоники плит;
• Механизм «дрипдакции» мог ускорять рост первичной континентальной коры;
• Круговорот воды между поверхностью и недрами оказался более древним процессом, чем считалось.

Возможно, именно ранний обмен водой между корой и мантией подготовил почву для возникновения жизни. Жидкая вода, минеральные соединения и постоянные источники энергии в виде вулканов — необходимая комбинация для химических реакций, которые привели к появлению первых клеток. Поэтому находки в Австралии представляют интерес не только для геологов, но и для тех, кто пытается восстановить историю биосферы.

Любопытно, что постулируемая «дрипдакция» может работать не только на Земле. Геологи предполагают, что подобный механизм погружения коры мог действовать на Марсе или Венере в их ранние периоды. Если это так, то находки из Пилбара помогут расшифровать процессы, протекавшие и на других планетах. А значит, история древней воды на нашей планете — это, возможно, только один из эпизодов большой космической истории.