Геофизики из Швейцарии, США, Германии и Южной Кореи предложили механизм образования континентов на Земле. Таким образом они представили одно из решений дилеммы курицы и яйца для планеты. Работа ученых позволяет понять, почему на ранних этапах своего существования Земля стала развиваться в сторону пригодной для жизни планеты, а не превратилась в необитаемую Венеру. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко о них сообщается на сайте Science News.
Ученые построили трехмерные термомеханические численные модели, показавшие, что плюмы (горячие потоки вещества, перемещающиеся в мантии независимо от ее конвективного течения) могли привести к образованию первых зон субдукции (линейных участков, где происходит погружение блоков земной коры друг под друга). Геофизики назвали три основных фактора образования и устойчивости зон субдукции.
Первый — отрицательная плавучесть литосферной плиты, в результате чего ее субдуцирующая часть тонет в астеносфере (верхнем слое мантии) и тянет за собой всю плиту. Второй — истончение литосферы над плюмом. Третье — наличие водной смазки для эффективного скольжения литосферных плит. Все это в условиях горячей ранней Земли и равномерно покрывающей ее поверхность коры помогло возникнуть зонам субдукции и впоследствии — литосферным плитам.
Свои идеи ученые почерпнули из исследования огромного месторождения океанического базальта (горной породы из продуктов застывшей лавы) в районе Карибской плиты. Ученые пока не пришли к единому мнению о ее происхождении, однако полагают, что она возникла около ста миллионов лет назад в результате процессов, наблюдаемых при моделировании.
Современная карта литосферных плит
Изображение: Bolelav1 / Wikipedia
На первом этапе магма, просочившись сквозь разрыв, образованный в литосфере в результате действия плюма, скапливалась над близлежащими участками литосферы. Под ее тяжестью происходит проседание фрагмента литосферы и его обрушение. Этот участок земной коры взаимодействует с окружающей литосферой, а их совокупность впоследствии воспроизводит характерную мозаику литосферных плит.
Возникновение зон субдукции пытались объяснить и ранее. Однако большинство предположений основывалось на условии наличия активной тектоники литосферных плит, поскольку все современные зоны субдукции наблюдаются уже в деформированных участках коры. Эту проблему «курицы и яйца» — того, что раньше возникло, деформация коры или субдукция — ученые разрешили в пользу последней.
Другие ученые пытались решить дилемму привлечением внеземных факторов, в частности, столкновения Земли с астероидом и метеоритом. Эти события могли привести к деформации земной коры, что вызвало бы субдукцию. Формирование литосферных плит могло начаться более четырех миллиардов лет назад.
Разрешение вопроса о земной тектонике — Святой Грааль современной геофизики, а для этого ученым необходимо узнать, что происходило на глубине трех тысяч километров внутри Земли четыре миллиарда лет назад. Эта задача, по мнению авторов исследования, намного важнее, чем понимание природы других галактик.
В настоящее время Земля — единственная известная планета с тектоническими плитами. Похожие структуры до сих пор обнаружили лишь у ледяных плит на Европе — спутнике Юпитера, имеющего одну из самых молодых поверхностей среди крупных небесных тел Солнечной системы. Вероятно, тектоника могла иметь место в прошлом и на Марсе.