Новые исследования показывают, что тектоника плит, вызывающая землетрясения, образование гор и раскалывание континентов, возможно, началась, когда Земля находилась в зачаточном состоянии, — значительно раньше, чем считали многие учёные ранее.
Новое исследование предполагает, что тектоника плит началась более 4 миллиардов лет назад — вскоре после того, как планета образовалась 4,5 миллиарда лет назад. В эту эпоху, известную как Гадейская, Земля была свежей и горячей, с атмосферой, состоящей из аммиака и метана и насыщенной достаточным количеством воды, которая в конечном итоге конденсировалась в океан, охватывающий всю планету. За этот период Земля достаточно остыла, чтобы иметь твёрдую внешнюю кору.
Сегодня эта кора формируется в результате перемещения тектонических плит, которые движутся по более тёплой и подвижной мантии внизу. Но никто точно не знает, когда впервые началось такое расположение тектоники плит. Ранее исследователи предположили, что это началось в Гадее, почти сразу после того, как земная кора остыла. Другие полагают, что тектоника плит началась около 3,2 миллиарда лет назад, когда геохимия выявила некоторые ключевые изменения в составе земной коры. Также есть специалисты, которые утверждают, что это явление возникло ещё позже и приобрело свою современную форму за последние пару миллиардов лет.
Долгое время учёным было трудно определить точное время начала тектоники плит, поскольку нет сохранившихся пород, старше 4 миллиардов лет, и единственное прямое окно в Гадейский мир — это крошечные, прочные кристаллы, известные как цирконы — самые древние из которых датируются 4,4 миллиарда лет. Одна из их подгрупп, известная как цирконы S-типа, может раскрывать присутствие тектоники плит. Эти особые цирконы формируются в осадочных породах на суше, а затем попадают в мантию вместе с тектоническими процессами и снова появляются в метаморфических гранитах.
Проблема заключается в том, что цирконы S-типа не могут быть легко определены одним единственным признаком, а определяются целым комплексом следовых минералов.
В новом исследовании, опубликованном 8 июля в журнале PNAS, учёные использовали модель машинного обучения для упрощения этой задачи. Сначала специалисты подали модели данные о 300 цирконах известного происхождения, а затем проверили способность модели определять, относятся ли ещё 74 циркона к S-типу или нет. Научив модель различать типы цирконов, затем команда применила её к 971 новому циркону из Джек-Хиллз в Австралии, где обнаружено большинство старейших цирконов на Земле.
Результаты показали, что 35% цирконов Джек-Хиллз относятся к S-типу. Некоторые из них датируются 4,2 миллиарда лет назад, что позволяет предположить, что тектоника плит действительно перемещала породы из земной коры в мантию и обратно во время Гадея.
Это исследование не первое, намекающее на очень древнее тектоническое движение. Эксперимент 2023 года, в ходе которого плавились горные породы при высоких температурах, показал, что древнейшая континентальная кора образовалась в результате субдукции — процесса погружения одной тектонической плиты под другую. Некоторые исследования даже предполагают, что во времена Гадея могли существовать ранние континенты.
Тем не менее, стоит отметить, что новое исследование, вероятно, не сможет разрешить все противоречия. Крис Хоксворт (Chris Hawkesworth), геохимик из Бристольского университета, который не участвовал в новом исследовании, рассказал журналу Science Magazine, что другие силы, помимо тектоники плит, такие как удары гигантских метеоритов, также вполне могли перемещать камни между корой и мантией в первые дни существования Земли.