В последнее время тектоника земных плит претерпела большие изменения.

Руст-9Д/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Ученые предполагают, что в далеком прошлом тектоника плит Земли могла действовать совсем по-другому, согласно исследованию, опубликованному вчера в журнале Nature (27 июля).

Новые результаты бросают вызов традиционному убеждению, что мантийная конвекция началась вскоре после образования Земли 4,5 миллиарда лет назад и охватила всю мантию.

Вместо этого исследование утверждает, что в ранней истории Земли тектоника плит ограничивалась верхней мантией.

Более того, предположим, что эта стратификация верна, и в этом случае нижняя мантия может содержать нетронутый первичный материал, что дает представление о первоначальном составе Земли и потенциальном источнике основных летучих веществ, необходимых для развития жизни.

Тектоника плит — это движение и взаимодействие тектонических плит на поверхности Земли. Они являются причиной всех землетрясений, извержений вулканов и горообразования (и это лишь некоторые из них).

Эти плиты являются частью земной коры, и их медленное движение обусловлено конвекционными потоками в мантии — слое под земной корой. В качестве напоминания вот изображение внутренней структуры Земли:

Шримадхав/Викискладе

Согласно традиционному пониманию, мантийная конвекция продолжается с момента образования Земли 4,5 миллиарда лет назад и действует как один слой.

Однако новое исследование теперь утверждает, что этот «однослойный сценарий» является относительно недавней особенностью геологической истории Земли.

«Наши новые результаты показывают, что на протяжении большей части истории Земли конвекция в мантии была разделена на два отдельных слоя, а именно верхнюю и нижнюю области мантии, которые были изолированы друг от друга», — объяснил ведущий автор Чжэнбин Дэн из Копенгагенского университета в своей статье. заявление.

Авторы полагают, что расслоение могло произойти на глубине около 660 километров (км) под поверхностью Земли, где некоторые минералы претерпевают фазовый переход.

«Наши результаты показывают, что в прошлом переработка и смешивание субдуцированных плит с мантией ограничивались верхней мантией, где существует сильная конвекция», — добавил соавтор доцент Мартин Шиллер.

«Это сильно отличается от того, как мы думаем, что тектоника плит происходит сегодня, когда субдуцирующие плиты опускаются в нижнюю мантию».

Исследователи разработали новый метод анализа изотопного состава титана в горных породах, что позволяет им изучать мантийные породы, возраст которых составляет 3,8 миллиарда лет до современных лав в Австралии.

Изотопы титана особенно полезны, поскольку они изменяются при формировании земной коры. Это помогает ученым проследить, как поверхностный материал со временем перерабатывается в мантии.

Результаты исследования также имеют интригующее значение для существования «первичной мантии» — резервуара мантийного материала, сохранившегося с момента раннего формирования Земли.

Если бы переработка и смешивание тектонических плит ограничивались верхней мантией, нижняя мантия могла бы содержать нетронутый первичный материал.

«Наши новые данные по изотопам титана позволяют нам точно определить, какие современные глубинные вулканы берут образцы первичной мантии Земли», — подчеркнул соавтор профессор Мартин Биззарро.

«Это интересно, потому что это дает возможность увидеть первоначальный состав нашей планеты во времени, что, возможно, позволит нам определить источник летучих веществ Земли, которые были необходимы для развития жизни».

Хотя для полного понимания последствий этих открытий необходимы дополнительные исследования, исследование представляет собой значительный шаг вперед в понимании геологического прошлого и уникальных особенностей Земли.

Полное исследование было опубликовано в журнале Nature 27 июля, и его можно найти здесь.

Аннотация исследования:

Мантия Земли имеет двухслойное строение: верхняя и нижняя мантийные области разделены сейсмическим разрывом на высоте около 660 км (ссылки 1,2). Однако масштабы массопереноса между этими мантийными областями на протяжении всей истории Земли плохо изучены. Экстракция континентальной коры приводит к фракционированию стабильных по Ti изотопов, в результате чего образуются изотопно легкие плавильные остатки3,4,5,6,7. Переработка этих компонентов в мантии может придать изменчивость изотопа Ti, которую можно отслеживать в глубоком времени. Мы сообщаем о сверхвысокоточных соотношениях 49Ti/47Ti для хондритов, древних лав земной мантии возрастом от 3,8 до 2,0 миллиардов лет назад (Ga) и современных базальтов океанских островов (OIB). Наша новая оценка Ti-силикатной Земли (BSE), основанная на хондритах, на 0,052 ± 0,006 ‰ тяжелее, чем современная верхняя мантия, отобранная обычными базальтами срединно-океанических хребтов (N-MORB). Соотношение 49Ti/47Ti в верхней мантии Земли было хондритовым до 3,5 млрд лет назад и превратилось в N-MORB-подобный состав примерно между 3,5 и 2,7 млрд лет назад, что указывает на то, что в эту эпоху было извлечено больше континентальной коры. Смещение +0,052 ± 0,006‰ между BSE и N-MORB требует, чтобы <30% мантии Земли уравновешивалось переработанным материалом земной коры, что подразумевает ограниченный массообмен между верхней и нижней мантией и, следовательно, сохранение первичного резервуара нижней мантии для большую часть геологической истории Земли. Современные OIB фиксируют переменные соотношения 49Ti/47Ti в диапазоне от хондритического состава до N-MORB, что указывает на продолжающееся разрушение первичной мантии Земли. Таким образом, тектоника плит современного типа с высоким массопереносом между верхней и нижней мантией представляет собой лишь недавнюю особенность истории Земли.