Ранната Земя имала похлупак

Нова информация хвърля светлина върху процесите, които са формирали най-ранните породи на Земята и древните минерали – процесите, повлияли на зараждането на живота.

В последните 30 години нашите знания за най-различни периоди от историята на Земята – хадей и еоархай (преди 4,56–3,60 млрд. години) – рязко са се разширили и консенсус по тогавашните геоложки процеси така и няма.

Едни учени твърдят, че процесите, наблюдавани днес – от относително мек вулканизъм от хавайски тип до по-сложния дъгов вулканизъм, характерен например за Япония, – прекрасно обясняват формирането на такива породи. Според този лагер всички различия са резултат от по-високи температури.

Другата гледна точка гласи: тези породи са образувани при съвсем други обстоятелства, които днес не се наблюдават. Има сведения, сочещи продължителни периоди на застой в токтонската история, когато движението на литосферните плочи е спирало. Този модел на ранната Земя е получил наименованието „неподвижен капак” (stagnant lid). Слабото повърхностно движение и интензивната вулканична активност са пълна противоположност на сегашното положение на нещата.

За съжаление оттогава се е съхранила едва малка част от земната кора – първите 500 млн. години от историята на Земята са представени от едно-единствено малко оголване в Канада.

Затова пък си имаме минерали. Анализът на древни зърна цирон, съхранени в по-млади седиментни скали, е изключително важен за описаните спорове.

През 2001 година изследователски екип начело със Саймън Уайлд от университета „Къртин” (Австралия) публикувал резултатите от първия анализ на изотопи кислород в групата на древните циркони от областта Джек Хилс в Западна Австралия. Някои от тези циркони са на 4,4 млрд. години – почти връстници на Земята. Това са и едно от последните остатъци от най-първата земна кора.

Кислородът от цирконите разказал съвсем неочаквана история. Независимо от падането на гигантски метеорити и широко разпространения вулканизъм, върху повърхността на ранната Земя е съществувала течна вода.

Изучаването на образците било продължено от други изследователи, които излезли с предположението, че източник на цирконите е бил гранит. Оттук бил направен извод, че тектониката на плочите, формираща гранитите днес, е започнала да действа в зората на историята на планетата.

Тази идея моментално била оспорена от привържениците на модела с „неподвижния капак”. И по-внимателен повторен анализ на цирконите, проведен от Уайлд и сие, нарисувал съвсем различна картина.

Цирконите, които са се съхранили най-добре и най-малко са били засегнати от по-късните геоложки събития, разказали други неща за планетата. Макар че водата наистина е присъствала в изобилие, кората се е състояла главно от базалт, от който днес се състои дъното на океана. Освен това се изяснило, че цирконите представляват една и съща част от базалта, макар че разликата във възрастта между най-младите и най-старите е 400 милиона години. От това следва, че ранната кора наистина е била неподвижна.

Наскоро щафетата поели Крейг О’Нийл и колегите му от университета на Макуори (Австралия). За изучаване на хадейските процеси (преди 4,6–4,0 млрд. г.) по геохимия на по-младите породи те избрали друг път.

Анализът на неодимови изотопи показал, че химичното смесване в недрата на Земята е протичало в хадея много по-бавно, отколкото би следвало да се очаква при наличието на тектоника на плочите. Получените резултати по-добре съответстват на модела „неподвижен капак”.

За това свидетелстват и други елементни системи. Например според теориите платината и паладият трябва да образуват сплави с други метали и да се натрупват в ядрото при формирането на планетата. Следователно земната кора трябва да е лишена от такива елементи, но ние тъкмо оттам си ги набавяме. Може би това са платина и паладий, донесени на Земята от метеоритите на заключителния етап от раждането на планетата?

Но тези елементи са имали нужда от странно много време, за да се смесят в мантията. Те са достигнали съвременните концентрации преди 2,9 млрд. години, тоест 1,6 млрд. години след като са попаднали на Земята. Това обстоятелство трудно се съгласува с хипотезата за ранната тектоника на плочите и в същото време прекрасно съответства на предсказания модел „неподвижен капак”.

Спорът е далеч от своя край. Междувременно е необходимо тази загадка да се реши поне по две причини.

Много важни от икономическа гледна точка залежи на полезни изкопаеми са се формирали в тази древна епоха, когато Земята е била съвсем различна. Знанията за протеклите тогава процеси са ключът към следващото поколение геоложко разузнаване.

Освен това палеонтологичният летопис говори, че животът е на 3,5 млрд. години, а въглеродните изотопи намекват за по-дълбока древност – около 3,8 млрд. години. В тези времена тектоника на плочите вероятно още не е имало, както не е имало и обичайната за нас сега атмосфера, а и планините са се формирали съвсем различно.

Когато пристъпваме към търсене на извънземен живот, ние изхождаме от това, че годната за обитание планета трябва да прилича на Земята и да притежава тектоника. Но дори на Земята животът може да е възникнал без тази предпоставка. През цялата първа половина от своята история Земята изобщо не е била такава, каквато сме свикнали да я виждаме.

Резултатите от изследването са публикувани в сп. Earth and Planetary Science Letters.

Източник: The Conversation