Мантия, траченая жизнью

Активные геологические процессы внутри нашей планеты, например образование подземных магм, рудных залежей, дегазация глубинных флюидов, влияют на явления на ее поверхности, в частности на биогеохимические циклы. Справедливо ли обратное? Могут ли поверхностные процессы затрагивать глубокие слои земной коры и даже мантии?

Утвердительный ответ на этот вопрос дает статья международной группы геофизиков, выполненная под руководством доктора Андреи Джулиани (Andrea Giuliani), сотрудницы факультета наук о Земле Швейцарской высшей технической школы. Исследователи доказали, что эволюция жизни на планете, а именно случившийся 540 миллионов назад лет резкий расцвет биоты, известный как Кембрийский взрыв, повлияла на изменения в химии нижней мантии планеты.

Ученые исследовали изотопный состав элементов в кимберлитовых трубках разных возрастов, которые, подобно иглам, пронизывают толщу Земли. Эти магматические породы, в которых находят алмазы, происходят из глубинной мантийной магмы. Прежде всего ученые измерили соотношение изотопов углерода с атомными весами 13 и 12 у полутора сотен образцов пород разных трубок. Оказалось, что для кимберлитов моложе 250 млн лет изотопное отношение меньше, а его разброс больше, чем для более древних. У многих молодых трубок соотношение не соответствовало значениям для мантии.

Известно, что отложения животного происхождения обеднены изотопом углерода 13. Поэтому геофизики сделали вывод, что Кембрийский взрыв, который занял несколько десятков миллионов лет, стал причиной поступления в глубины мантии останков животных со дна океана.

Как это могло произойти? Согласно господствующей ныне теории тектоники плит, они медленно перемещаются по поверхности земного шара и нередко одна из них подныривает под другую. Такая плита затягивает свои осадочные толщи в глубины мантии в так называемых зонах субдукции. И здесь, в условиях высоких температур и давлений, перерабатываются осадки.

Затем, двести — триста миллионов лет спустя, горячая магма кимберлитовых трубок вновь выносит химические элементы осадков к поверхности. Поэтому трубки с более высоким изотопным отношением углерода редко встречаются вблизи контактных зон плит.

Авторы также изучили изотопы других химических элементов и выяснили, что соотношения для стронция и гафния коррелируют с углеродными. Геохимики надеются исследовать изотопы цинка и фосфор, которые напрямую связаны с жизнью.

(Science Advances, 8 (9), 2022 - полный текст)