Как образовались континенты Земли? Ведущая теория может оказаться под сомнением

Dec 21, 2023

Новое исследование в конечном итоге ставит больше вопросов, чем дает ответов.

Ученые исключили одно возможное происхождение континентов Земли.

Несмотря на важность земных континентов, огромных кусков земной коры, разделяющих ее океаны, очень мало известно о том, что породило эти огромные массивы суши, которые делают нашу планету уникальной в Солнечной системе и играют ключевую роль в обеспечении возможности размещения на ней жизнь.

В течение многих лет ученые предполагали, что кристаллизация граната в магме под вулканами была ответственна за удаление железа из земной коры, позволяя коре оставаться плавучей в морях планеты. Теперь новые исследования бросают вызов этой теории, заставляя геологов и планетологов переосмыслить, как это железо могло быть удалено из материала, который впоследствии сформировал континенты, которые мы видим сегодня на Земле.

Связанный:Планета Земля: все, что вам нужно знать

Земная кора, внешняя оболочка планеты, делится на две грубые категории: более древнюю и толстую континентальную кору; и более молодая и плотная океаническая кора. Новая континентальная кора образуется, когда ее строительные блоки передаются на поверхность Земли из вулканов континентальной дуги. Они встречаются в тех частях земного шара, где океанические плиты погружаются под континентальные плиты, в регионах, называемых зонами субдукции.

Отличием сухих континентальных корок от океанических глубоководных корок является отсутствие железа в континентальной коре. Это означает, что континентальные корки являются плавучими и поднимаются над уровнем моря, образуя массы суши, которые делают возможной земную жизнь.

Было высказано предположение, что низкие уровни железа, обнаруженные в континентальной коре, являются результатом кристаллизации граната в магме под вулканами континентальных дуг. Этот процесс удаляет неокисленное железо из земных плит, а также истощает железо из расплавленной магмы, в результате чего оно становится более окисленным по мере формирования континентальной коры.

Команда исследователей во главе с доцентом Корнеллского университета Меган Холикросс и геологом Смитсоновского национального музея естественной истории Элизабет Коттрелл улучшила понимание континентов, приступив к проверке и, в конечном итоге, исключив эту гипотезу, впервые сформулированную в 2018 году.

«Чтобы гранат стал стабильным, необходимо высокое давление, и вы находите эту магму с низким содержанием железа в местах, где кора не такая толстая и поэтому давление не очень высокое», — сказал Коттрелл в своем сообщении, добавив, что команда была скептически относился к кристаллизации граната как объяснению плавучести континентальной коры.

Чтобы проверить теорию граната, команда воссоздала огромное давление и тепло, обнаруженное под вулканами континентальной дуги, с помощью поршнево-цилиндровых прессов, расположенных в Лаборатории высокого давления Смитсоновского музея и в Корнелльском университете. Эти поршни размером с мини-холодильник, изготовленные из стали и карбида вольфрама, могут оказывать огромное давление на крошечные образцы горных пород, одновременно нагревая их окружающей цилиндрической печью.

Вызванное давление было в 15 000–30 000 раз больше, чем создаваемое земной атмосферой, а создаваемая температура составляла от 1740 до 2250 градусов по Фаренгейту (от 950 до 1230 градусов по Цельсию), что было достаточно жарко, чтобы расплавить горную породу.

В серии из 13 различных лабораторных испытаний, проведенных командой, Коттрелл и Холикросс вырастили образцы граната из расплавленной породы при давлении и температуре, имитирующих условия внутри магматических камер глубоко в земной коре.

Эти выращенные в лаборатории гранаты были проанализированы с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии, которая может выявить состав объектов на основе того, как они поглощают рентгеновские лучи. Результаты сравнивались с гранатами с известными концентрациями окисленного и неокисленного железа.

Это показало, что гранаты, выращенные из горных пород в условиях, напоминающих недра Земли, не поглощают достаточно неокисленного железа, чтобы объяснить уровни истощения и окисления железа, наблюдаемые в магмах, образующих континентальную кору.

«Эти результаты делают модель кристаллизации граната крайне маловероятным объяснением того, почему магма вулканов континентальных дуг окисляется и обедняется железом», — сказал Коттрелл. «Более вероятно, что условия в мантии Земли под континентальной корой создают эти окисленные условия».