Геологи, изучающие древнейшие вулканические породы Земли, обнаружили свидетельства того, что вода уже влияла на недра планеты и способствовала вулканической активности более трёх миллиардов лет назад. Международная группа исследователей под руководством геохимика Эрика Ванденбурга из Университета Аделаиды проанализировала древние породы из кратона Пилбара в Западной Австралии. Анализ показал, что вода проникала глубоко под поверхность, прежде чем участвовать в образовании магмы, питавшей вулканы, похожие на современные вулканы Тихоокеанского «огненного кольца».
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, говорят о том, что Земля могла перерабатывать воду между поверхностью и недрами гораздо раньше, чем считалось, хотя молодая планета функционировала совсем иначе, чем сейчас. Сегодня ключевую роль в перемещении воды внутри планеты играет тектоника плит. В зонах субдукции одна плита погружается под другую, увлекая воду из океанов в мантию, где она способствует образованию магмы, которая поднимается к поверхности и питает вулканы, формирующие континенты.
По словам Ванденбурга, древние породы дают редкую возможность изучить условия на Земле миллиарды лет назад. «Эти породы сформировались более трёх миллиардов лет назад, когда Земля была совсем другим местом», — отметил он. Учёный пояснил, что ранняя Земля была слишком горячей для такого поведения плит, поэтому до сих пор было неясно, могла ли поверхностная вода совершить такое путешествие более трёх миллиардов лет назад и каким образом. «Что нас удивило, так это обнаружение свидетельств того, что большие объёмы воды уже проникли глубоко в недра Земли и повлияли на формирование вулканических пород», — добавил он.
Исследователи предполагают, что до становления современной тектоники плит воду в мантию мог перемещать другой геологический механизм, который они назвали «дрипдукцией» (от англ. dripduction — «капельное погружение»). В этом сценарии плотные, насыщенные водой участки более холодной внешней корки Земли периодически проседали вниз и обрушивались в горячую мантию, унося воду с собой. Опускаясь, эти участки коры высвобождали воду в мантию, что помогало генерировать магму, которая впоследствии поднималась, извергалась через вулканы и застывала в породы, сохранившиеся на миллиарды лет. «Земля работала не совсем так, как сейчас, но, похоже, некоторые ключевые процессы уже были запущены», — сказал Ванденбург.
Открытие отвечает на важный вопрос геологии: как рано начался обмен веществами между поверхностью Земли и её глубинными слоями. Установить, когда вода впервые стала уходить глубоко под землю, важно потому, что этот процесс переработки влияет на вулканическую активность, рост континентов и перемещение элементов, необходимых для жизни. Полученные данные могут также помочь учёным лучше понять, как развивались континенты Земли и как планета постепенно приобрела современный облик.
Породы возрастом около 3,1 миллиарда лет встречаются крайне редко, что делает кратон Пилбара особенно ценным — там сохранились одни из лучших образцов ранней Земли. Изучая химические следы, запечатанные в породах, команда смогла реконструировать геологические события, происходившие примерно 3,1 миллиарда лет назад. Результаты указывают на то, что поверхность и глубинные недра Земли взаимодействовали значительно раньше, чем предполагалось. Молодая планета, по-видимому, была не статичной, а на удивление динамичной и уже перерабатывала одно из своих важнейших веществ — воду. В исследовании участвовали специалисты из Университета Аделаиды, Университета Монаша, Геологической службы Западной Австралии, Университета Кёртина, Австралийского национального университета, Университета Кардиффа и Центра имени Гельмгольца по исследованию океанов GEOMAR в Германии.