Новое доказательство того, что тектоника плит Земли недавно претерпела фундаментальные изменения

Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06304-033,48786495,6878647878663493,487864949

Тектоника плит описывает движение и взаимодействие тектонических плит на поверхности Земли. Это движение обусловлено очень медленным ползучим движением мантии Земли, называемым конвекцией, которое переносит тепло изнутри на поверхность нашей планеты.

Исследователи считают, что конвекция в мантии, которая началась вскоре после образования Земли 4,5 миллиарда лет назад, происходит в масштабе всей мантии. Таким образом, когда плиты сталкиваются на поверхности Земли, одна из них уступает дорогу, погружается в горячую мантию и оказывается на своего рода кладбище плит на вершине металлического ядра Земли.

Новое исследование из Копенгагенского университета, опубликованное в журнале Nature, предполагает, что этот стиль тектоники плит может быть более поздней особенностью геологической истории Земли.

«Наши новые результаты показывают, что на протяжении большей части истории Земли конвекция в мантии была разделена на два отдельных слоя, а именно верхнюю и нижнюю области мантии, которые были изолированы друг от друга», — говорит Чжэнбинь Дэн, бывший доцент Копенгагенского университета и первый автор нового исследования.

Переход между верхней и нижней мантией происходит на глубине около 660 км под поверхностью Земли. На этой глубине некоторые минералы претерпевают фазовый переход. Дэн и его коллеги считают, что этот фазовый переход может быть причиной того, что верхняя и нижняя мантийные области оставались в основном изолированными.

«Наши результаты показывают, что в прошлом рециркуляция и смешивание субдуктированных пластин в мантии были ограничены верхней мантией, где наблюдается сильная конвекция. Это сильно отличается от того, как мы думаем, что тектоника плит работает сегодня, когда субдукционные плиты опускаются в нижнюю мантию», — говорит доцент Мартин Шиллер, который также стоит за новым исследованием.

Чтобы прийти к своим выводам, ученые разработали новый метод получения сверхточных измерений изотопного состава элемента титана в различных горных породах. Изотопы — это версии одного и того же элемента, которые имеют немного разные массы. Изотопный состав титана изменяется при образовании земной коры.

Это делает изотопы титана полезными для отслеживания того, как поверхностный материал, такой как кора, перерабатывается в мантии Земли в течение геологического времени. Используя эту новую технику, они определили состав мантийных пород, которые сформировались еще 3,8 миллиарда лет назад вплоть до современных лав.

Первозданный бульон, сохранившийся в глубинах Земли?

Если рециркуляция и смешивание тектонических плит были ограничены верхней мантией, как постулируется в новом исследовании, это означает, что нижняя мантия может содержать ненарушенный первичный материал. Концепция первичной мантии относится к резервуару мантийного материала, который оставался относительно неизменным и сохранился с ранних стадий формирования Земли, около 4,5 миллиардов лет назад.

Идея о том, что в глубинах Земли существует первичный резервуар, не нова и была предложена на основе изотопного состава редких газов, попавших в лаву современных глубинных вулканов. Однако интерпретация этих данных неоднозначна, и некоторые предположили, что этот изотопный сигнал исходит из ядра Земли, а не из глубокой мантии. Поскольку титана нет в ядре Земли, он дает свежий взгляд на эту давнюю дискуссию.

Подробнее: Zhengbin Deng, Earth’s evolving geodynamic regime recorded by titanium isotopes, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06304-0 🔗