Минералы континентальных корней

Семь континентов нашей планеты лежат на древних и очень стабильных основаниях, так называемых архейских кратонах, которые, в свою очередь, покоятся на мантии, простирающейся до глубины 2900 км. Кратоны стабилизировались примерно 2,5—3 миллиарда лет назад, и это привело к образованию поверхности земной суши. Об этих процессах известно немного, однако некоторые геологи считают, что ключ к их пониманию содержат образцы перидотитовых ксенолитов: мантийных пород, выброшенных на поверхность при извержениях вулканов. Анализ этих древнейших образцов и позволил профессорам Бэлзу Кэмберу из Технологического университета Квинсленда и Эмме Томлинсон из Тринити-колледжа Дублина по-новому взглянуть на геологические явления в кратонах, а также предложить новую теорию их формирования.

Отправной точкой теории стал факт, общепринятого объяснения которого пока нет: мантийные породы под кратонами содержат намного больше кремнезема (SiO₂), чем более молодая мантия у континентальных окраин и под океанами. Авторы статьи изучили глобальное распределение перидотитов на поверхности планеты и предложили новую термодинамическую модель их обогащения кремнеземом. Согласно ей, в далеком прошлом из мантийных глубин поднимался очень горячий (>1700°С) расплав горных пород. При столь высокой температуре, согласно расчетам авторов идеи, химическое взаимодействие расплава с породами древней мантии обогащает их кремнеземом. Часть этих пород расплав захватывал с собой, поэтому в выброшенных древними извержениями перидотитах содержание кремнезема оказывается повышенным. Одновременно такой богатый кремнеземом расплав омывал основания кратонов, застывал там, и они росли изнутри планеты.

Как хорошо известно из стратиграфии земных пород, 3,8 миллиарда лет назад вулканы действительно начали извергать очень горячие лавы с низкой вязкостью. Авторы статьи считают: эти лавы порождены тем самым очень горячим расплавом, который обеспечивал рост кратонов. Однако из этой же летописи следует, что 2,5 миллиарда лет назад на границе между археем и протерозоем богатые кремнеземом мантийные породы и лавы низкой вязкости перестали образовываться. Пока неясно, почему произошли такие изменения, но теория позволяет по-новому взглянуть на этот важный для истории Земли геологический рубеж.

Ученые предполагают, что причина лежит в смене режимов течения мантии. Если сначала ее эпизодически пронизывали горячие вертикальные потоки лавы, то потом стали циркулировать медленные горизонтальные течения вещества, их называют конвективными, которые сейчас перемещают континенты по земной поверхности. При переходе в режим медленной конвекции, то есть при ослаблении теплообмена мантия — литосфера, могли снизиться характерные для архея средние мантийные температуры, а значит, и локальные температуры мантийных расплавов. Кратоны перестали интенсивно нарастать.

Nature Communications, 2021, т. 12, с. 1082