Геологи МГУ реконструировали особенности тектоники Ранней Земли

2 ноября в журнале Scientific Reports появилась статья Depletion of the upper mantle by convergent tectonics in the Early Earth. Она стала своеобразным  развитием исследования Building cratonic keels in Precambrian plate tectonics о формировании алмазоносных корней континентов, опубликованного в журнале NATURE в прошлом году. Российская академия наук признала его одним из важнейших достижений в науках о Земле за 2020 год.

Теперь ученые вновь отправились вглубь истории, чтобы методом петролого-термомеханического моделирования с помощью суперкомпьютеров проверить, существовала ли тектоника плит на молодой горячей планете, и понять, что менялось по мере ее остывания.

Важно отметить, что мантия молодой Земли — главная силикатная оболочка планеты — была настолько горячей, что, по мнению многих исследователей, масштабное перемещение тектонических плит и тем более их погружение в зонах субдукции было невозможно из-за их размягчения и потери прочности.

«В современных условиях субдукция в самых общих чертах происходит так, — рассказывает руководитель научной группы, заведующий кафедрой петрологии и вулканологии геологического факультета МГУ им.Ломоносова, профессор Алексей Леонидович 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 — например, Курильские острова — или на активных окраинах континентов — например, 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 принципиальной возможности функционирования механизма субдукции в докембрийское время. Многие исследователи справедливо полагали, что при высоких температурах мантии современные тектонические процессы невозможны.

Разгадка оказалась в том, что минеральный состав верхней мантии в Ранней Земле был довольно прост. Мантия была истощена из-за потери компонентов, потраченных на образование океанической коры базальтового состава мощностью в 4 раза больше современной (30 км и 7 км, соответственно).

Истощенная мантия менее плотная, чем обогащенная. 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 и какие этапы она прошла на пути к Современной Земле – загадка, которую еще предстоит решить исследователям.

Ознакомиться с исследованием можно по ссылке. 

• #Геология