О том, как устроена и развивается наша планета, о ее прошлом и будущем идут постоянные научные споры. Ученые делают новые открытия или переосмысляют уже имеющиеся данные, ищут подкрепления своим теориям или опровергают чужие. Новым открытиям в области глобальных вопросов строения и развития нашей планеты и посвящен наш сегодняшний обзор.
Те литосферные плиты и континенты, которые мы сейчас видим на поверхности Земли, не являются вечными и неизменными. Земля все время меняется, одни элементы ее строения возникают, другие исчезают. Но, как оказывается, исчезают не совсем бесследно, по крайней, мере некоторые. В этот раз европейские ученые обнаружили под южной Европой остатки древнего континента Большая Адрия. Собственно, целью их работы было совсем другое, они занимались реконструкцией тектонической эволюции Средиземноморья с триаса до наших дней. Статья об их работе вышла в журнале Gondwana Research в сентябре 2019 года.
Единственными видимыми остатками исчезнувшего континента являются известняки и другие породы, найденные в горных хребтах южной Европы. Ученые считают, что эти породы зарождались как морские отложения, а затем были содраны с поверхности суши и подняты в ходе коллизии тектонических плит. Поэтому, размер, форму и историю исходной суши, большая часть которой лежала под мелкими тропическими морями в течение миллионов лет, реконструировать было непросто. У Большой Адрии была жестокая, сложная история, отмечает Доув ван Хинсберген (Douwe van Hinsbergen), геолог из Утрехтского университета в Нидерландах и ведущий автор статьи. Она стала отдельным образованием когда примерно 240 миллионов лет назад откололась от Гондваны и начала двигаться на север. Около 140 миллионов лет назад это была суша размером с Гренландию, большей частью погруженная в тропическое море, где осадки накапливались и медленно превращались в горные породы. Затем, столкнувшись с тем, что сейчас является Европой, между 100 и 120 миллионами лет назад, она раскололась на куски и оказалась под этим континентом. Лишь небольшая часть горных пород Большой Адрии, соскобленная при коллизии, осталась на поверхности Земли.
Еще одной сложностью является то, что породы Большой Адрии рассеяны по более чем 30 странам, в полосе от Испании до Ирана. Поэтому, вслед за ними, данные также разбросаны, следовательно, их сложно собрать, говорит ван Хинсберген. «Средиземноморский регион — это просто геологический беспорядок», — говорит он. «Все изогнуто, переломано и утрамбовано». И наконец, отмечает ученый, до последнего десятилетия у геологов не было современного программного обеспечения, необходимого для выполнения таких запутанных реконструкций: для своих построений исследователи использовали программу GPlates и протокол систематической реконструкции. Ученые провели более 10 лет, собирая информацию о возрастах образцов горных пород, предположительно происходящих из Большой Адрии, а также о направлении любых магнитных полей, сохранившихся в них. Это позволило исследователям определить не только когда, но и где образовались породы. Хотя коллизия происходила со скоростью не более 3-4 сантиметров в год, неумолимое столкновение разрушило кусок коры толщиной 100 километров и отправило большую его часть глубоко в мантию Земли, говорит ван Хинсберген.
Обнаружение исчезнувшего континента не единственный интересный для науки результат проведенных исследований. Ученые сделали 11 своеобразных временных «срезов», представляющих состояние Средиземноморского региона 15, 30, 45, 60, 80, 100, 120, 140, 170, 200 и 240 миллионов лет назад. Результаты своих реконструкций авторы статьи представили в том числе и в виде визуализации, отражающей процесс реконструкции и останавливающейся на приведенных ранее временных «срезах». Надо отметить, что такие реконструкции всегда очень полезны для понимания истории развития региона, причем часто и для самых практических задач.
Более глобальные процессы изучали авторы статьи, опубликованной в конце октября 2019 года в журнале Science Advanced. Какие силы заставляют двигаться тектонические плиты? Этот вопрос остается открытым с тех пор, как 50 лет назад появилась теория тектоники плит. Вызывает ли медленное погружение в процессе субдукции в мантию холодных окраин плит движение, наблюдаемое на поверхности Земли? Или, наоборот, мантия, с ее конвекционными токами, управляет плитами? Мы привыкли считать, что за движение литосферных плит отвечают мантийные процессы, но так ли это на самом деле? Для ответа на этот вопрос ученые из Франции, Италии и США создали модель похожей на Землю вымышленной планеты, а затем попросили суперкомпьютер реконструировать эволюцию нашей планеты в течении 1,5 миллиардов лет и решить систему сложных уравнений.
Источник: https://advances.sciencemag.org/content/advances/5/10/eaax4295/F4.large.jpg
Используя эту модель, команда показала, что две трети поверхностных слоев Земли движутся быстрее, чем нижележащая мантия, другими словами, это та поверхность, которая увлекает за собой внутреннюю часть, но для оставшейся трети все наоборот. Этот баланс сил меняется с течением геологического времени, особенно для континентов. Последние в основном перемещаются за счет глубокого движения в мантии во время фаз строительства суперконтинента, как, например, при продолжающемся столкновении между Индией и Азией: в таких случаях движение, наблюдаемое на поверхности, может предоставить информацию о динамике глубокой мантии. И наоборот, когда суперконтинент распадается, движение в основном обусловлено перемещением плит в процессе их погружения в мантию. Вычисление содержит множество данных, которые в основном остаются неиспользованными. Полученные резульаты могут помочь понять, как формируются и исчезают срединные океанические хребты, как вызывается субдукция или что определяет местоположение плюмов, которые вызывают мощные вулканические извержения.
Третья часть сегодняшнего обзора не является сугубо тектонической, но она тоже рассказывает о глобальных процессах развития нашей планеты. Речь идет о зарождении магнитного поля Земли, что безусловно важно для истории ее развития. Новое подтверждение того, что сильное геодинамо существовало у Земли уже в хадее 4,2 миллиарда лет назад, международная группа исследователей опубликовала в журнале PNAS в конце января 2020 года. На самом деле, это утверждение не ново, к такому выводу Джон Тардуно (John Tarduno) и его команда пришли еще 5 лет назад, но тогда это заявление показалось спорным и завязалась бурная дискуссия. Некоторые исследователи не смогли повторить результаты исследователей и потребовали новых доказательств. Конечно, пород такого возраста на планете сохранилось очень мало, но они не исчезли бесследно, некоторые особо устойчивые минералы, такие как, например, цирконы, были переотложены в более молодых породах. Такие породы ученые нашли в Западной Австралии в скалах Джек Хиллз, имеющих также очень внушительный возраст — 3 миллиарда лет. Внутри кристаллов циркона были найдены крошечные включения железосодержащего минерала магнетита, которые эффективно превратили каждый кристалл в миниатюрный стержневой магнит. Исследователи обнаружили, что все магнитные поля, удерживаемые зернами, были ориентированы одинаково, что могло произойти только в случае воздействия магнитного поля на магнетит при его охлаждении.
Источник: https://www.pnas.org/content/pnas/early/2020/01/14/1916553117/F3.large.jpg?width=800&height=...
По мнению команды Тардуно намагниченность была зафиксирована 4,2 миллиарда лет назад, когда первоначальная порода, содержавшая цирконы, впервые остыла. Однако, если бы зерна магнетита в какой-либо момент их истории снова нагрелись выше ~600°C, они потеряли бы изначальную магнитную ориентировку и при новом остывании получили бы уже другую, новую. О такой возможности и говорили оппоненты команды. Для доказательства своей правоты ученые провели новые исследования тех же кристаллов цирконов. Кристаллы циркона содержат зоны, богатые ионами лития, которые при нагревании могут со временем перетекать в соседние области при химической диффузии. Исследователи измерили концентрацию лития у границы этих зон в трех кристаллах циркона. В двух случаях они обнаружили ограниченные признаки диффузии. Тардуно говорит, что это признак того, что они никогда не нагревались выше 600°C за 4,2 миллиарда лет, и что их магнитная подпись является оригинальной. «Я думаю, что это замечательная находка», — отмечает он.
Надо отметить, что новые исследования, проведенные Джоном Тардуно и его коллегами, тоже не до конца убедили других исследователей и обсуждение продолжается. Но, все ученые отмечают пользу подобных дискуссий, ведь это приводит к развитию новых методов и технологий исследования. Вот как об этом говорит геолог из Массачусетского технологического института Клэр Николс (Claire Nichols), не участвовавшая в изучении скал Джек Хиллз, но проводившая похожие исследования в Гренландии: «Здорово видеть, как разные исследовательские группы подталкивают друг друга к использованию все более и более продвинутых методов. Это дает нам лучший шанс понять самые ранние записи геодинамо».
Информационная служба ВСЕГЕИ
Источники: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1342937X19302230#sec7,
https://www.sciencemag.org/news/2019/09/geologists-uncover-history-lost-continent-buried-beneath-eur...,
https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax4295,
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191030151432.htm,
https://www.pnas.org/content/early/2020/01/14/1916553117,
https://science.sciencemag.org/content/349/6247/521
и https://www.sciencemag.org/news/2020/01/new-signs-shielding-magnetic-field-found-earths-oldest-rock-...
