Группа ученых под руководством Николаса Гребера (Nicolas D. Greber) из Женевского университета, Швейцария, попыталась определить соотношение светлых, или фельзических (кислого состава), и темных, или мафических (основного состава) пород — ответ на этот вопрос может косвенно указать на время начала тектоники плит. Исследование дает основания полагать, что сдвиги были заметными еще 3,5 млрд. лет назад. Подробно свои результаты авторы изложили в статье, опубликованной в журнале Science.
Поначалу Земля могла выглядеть примерно так, как сейчас выглядит Исландия, где лавовые поля простираются до пределов видимости, черные склоны гор вздымаются выше облаков, а сушу очерчивают «пляжи» из холодного черного песка. Но постепенно цветовая палитра планеты становилась менее мрачной. Сегодня в ней есть и более светлые породы вроде пепельно-серого гранита Полукупола (Half Dome) в Национальном Парке Йосемити. Ученые пока не знают точно, когда именно начались эти перемены, но новые открытия сужают временные рамки того начала.
В основе методики исследования лежало представление, что светлые породы — это «перевоплощенные» темные, иными словами, светлые породы формировались тогда, когда темные заталкивались в глубь Земли, возможно, в процессе субдукции — вдвигания одной тектонической плиты под другую. А поскольку светлые породы существовали в изобилии еще миллиарды лет назад, тектоника плит к этому времени, вероятно, уже действовала, делают вывод авторы.
Ученые проанализировали 78 пластов осадочных пород из разных частей мира. Однако задача не сводилось к простому подсчету светлых и темных камней, поскольку и те, и другие в результате долгого выветривания превратились в мелкие частицы. Поэтому группа Гребера искала титан. Хотя этот металл присутствует в породах обоих типов, соотношения его изотопов (химически идентичных атомов с одинаковым числом протонов, но разными числами нейтронов) с переходом от мафических пород к фельзическим меняется.
Вообразите, что вы смешиваете нечто, оказывающееся и соленым, и сладким. Анализ вроде того, что проводила его группа, может дать вам представление о том, сколько соли вы добавили и сколько сахара. Ожидалось, что в образцах самых древних осадков, возраст которых составлял 3,5 млрд. лет, мафические частицы будут существенно преобладать. К удивлению исследователей, около половины частиц оказались фельзическими.
Ученые давно дискутируют на тему о том, насколько давно начали двигаться эти плиты земной коры; оценки варьируются в пределах от одного до 4,2 млрд. лет назад, хотя, согласно большинству версий, 3,5 млрд. лет назад Земля все еще была одета в темные мафические породы. И пусть несколько недавних работ указывают на то, что движение тектонических плит началось около трех миллиардов лет назад, консенсуса в этом отношении пока нет.
А это — главная проблема на пути к пониманию эволюции Земли на ранних этапах ее существования. Сдвигающиеся плиты коренным образом изменяют облик планеты, не только формируя ложа океанов и воздвигая горные хребты, но и меняя состав атмосферы и океанов. И это должно было влиять на выработку питательных веществ для жизни, зарождающейся на юной планете. Некоторые ученые утверждают даже, что тектоника плит имела решающее значение для самого факта зарождения жизни.
Впрочем, есть и оппоненты, например, геофизик Пол Такли (Paul Tackley) из Федерального Технологического института в Цюрихе, Швейцария, утверждает, что фельзические породы могли формироваться в любое время того периода, когда мафические породы опускались глубже в недра Земли, и не только в зонах субдукции — например, при извержении вулкана вылившаяся лава могла вдавить мафические породы вниз на такую глубину, где они могли расплавиться под действием высоких давления и температуры, превратившись в фельзические породы без всякого движения плит.
