Обнаружен новый механизм, объясняющий появление континентов

Древние обширные участки континентальной коры, называемые кратонами, помогали сохранять стабильность континентов Земли в течение миллиардов лет, несмотря на смещение материков, появление океанов и гор. Новый механизм, предложенный учеными штата Пенсильвания, может объяснить, как образовались эти древние платформы.
Ученые пришли к выводу, что континенты, возможно, не возникли из океанов Земли как стабильные массивы суши. Отличительной чертой этого процесса является верхняя кора, богатая гранитом. Скорее всего, воздействие ветра и дождя на свежую породу около трех миллиардов лет назад спровоцировало серию геологических процессов, которые стабилизировали ее, позволив сохраниться на протяжении миллиардов лет.
По словам ученых, полученные результаты могут отражать новое понимание того, как развиваются потенциально обитаемые планеты, похожие на нашу.
"Чтобы получилась планета, подобная Земле, должна образоваться и стабилизироваться континентальная кора, — говорит автор исследования, Джесси Рейминк из Пенсильванского университета. — Ученые считали что это один и тот же процесс: континенты стали стабильными, а затем поднялись над уровнем моря. Но мы утверждаем, что это отдельные процессы".
По словам исследователей, кратоны простираются более чем на 150 километров от поверхности Земли до верхней мантии, где они действуют как киль лодки, удерживая континенты на плаву на уровне моря или около него.
В результате выветривания в неглубокой коре могли в конечном итоге сконцентрироваться выделяющие тепло элементы, такие как уран, торий и калий, что позволило более глубоким породам остыть и затвердеть. Данный механизм создал толстый твердый слой породы, который, возможно, защитил континенты от дальнейшей деформации. Это характерная особенность кратонов, говорят ученые.
"Рецепт создания и стабилизации континентальной коры предполагает концентрацию этих выделяющих тепло элементов очень близко к поверхности, — объясняет автор исследования Эндрю Смай из Пенсильванского университета. — Они необходимы потому что каждый раз, когда атом урана, тория или калия распадается, он выделяет тепло, которое может повысить температуру земной коры. Горячая кора нестабильна — она склонна к деформации и не сможет сохраниться".
Когда ветер, дождь и химические реакции разрушали горные породы на ранних континентах, осадки и глинистые минералы смывались в ручьи и реки и попадали в море. Там они создавали осадочные породы, такие как сланцы, с высоким содержанием урана, тория и калия.
Столкновения тектонических плит похоронили получившиеся материалы глубоко в земле, где радиогенное тепло вызвало плавление нижней коры. Расплавы поднимались обратно в верхнюю кору, захватывая выделяющие тепло элементы в таких камнях, как гранит, и позволяя нижней коре остыть и затвердеть.
Считается, что кратоны образовались между 3 и 2,5 миллиардами лет назад. Тогда радиоактивные элементы, такие как уран, распадались примерно в два раза быстрее и выделяли в два раза больше тепла, чем сегодня.
В работе подчеркивается, что время, когда сформировались кратоны было уникально подходящим для процессов, которые, возможно, привели к их стабильности.
"Мы можем считать это вопросом планетарной эволюции, — говорит Рейминк. — Одним из ключевых ингредиентов, необходимых для создания такой планеты, как Земля, может быть появление континентов на относительно ранних этапах ее жизни".
Исследователи проанализировали концентрации урана, тория и калия в сотнях образцов горных пород архейского периода, когда образовались кратоны, чтобы оценить радиогенную теплопроизводительность на основе их фактического состава. Они использовали эти значения для создания тепловых моделей формирования древних платформ.
"Раньше люди смотрели и учитывали последствия изменения выработки радиогенного тепла с течением времени, — говорит Смай. — Но наше исследование связывает производство тепла горными породами с возникновением континентов, образованием отложений и дифференциацией континентальной коры".
Кратоны, которые обычно встречаются внутри континентов, содержат одни из самых старых пород на Земле, но их по-прежнему сложно изучать. В тектонически активных районах формирование горных поясов может вывести на поверхность породы, которые когда-то были погребены глубоко под землей. Но истоки кратонов остаются недоступными в далеких недрах.
В дальнейшем ученые планируют отбор проб изнутри древних кратонов и, возможно, бурение образцов керна для проверки их модели.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Редактор: Илья Дочар
Источник: Университет штата Пенсильвания