Как на самом деле образовались континенты? Дело не в тектонике плит, а в мантийных плюмах

Взгляните на карту мира. Привычные очертания материков кажутся нам вечными и незыблемыми. Но наша планета — это живой, дышащий организм, и её облик постоянно меняется. Континенты, на которых мы живём, не существовали всегда. Их рождение — одна из величайших загадок геологии, история, уходящая на миллиарды лет в прошлое, во времена, когда Земля была совершенно иным, почти инопланетным миром.

Долгое время в науке доминировала одна основная гипотеза: континенты — дитя тектоники плит. Этот грандиозный механизм, напоминающий гигантский конвейер, движет литосферными плитами, сталкивает их, заставляя одни погружаться под другие. Именно так, по классической теории, и рождалась новая континентальная кора. Однако недавнее исследование геологов из Гонконгского университета, опубликованное в престижном журнале Science Advances, предлагает взглянуть на эту историю под совершенно другим углом. Что, если главную роль в создании первых материков сыграли не столкновения на поверхности, а огненное дыхание из самых недр планеты?

Два сценария для юной Земли

Представьте себе два совершенно разных способа построить континент.

Первый — тектоника плит. Это привычная нам картина. Океаническая плита, более плотная и тяжёлая, «подныривает» под континентальную в зоне субдукции. Погружаясь в мантию, она плавится вместе с захваченной водой и осадками, образуя новый, более лёгкий расплав — магму. Эта магма поднимается к поверхности, застывает и «наращивает» массу континента. Процесс медленный, но верный. Большинство современных горных цепей и вулканических дуг (вроде Курильских островов) обязаны своим существованием именно ему.

Второй сценарий, который и выдвигают на первый план учёные, — мантийные плюмы. Это нечто совсем иное. Представьте гигантский столб раскалённого вещества, эдакий «пузырь» в мантии, который поднимается из глубин Земли, словно в колоссальной лавовой лампе. Достигая основания земной коры, этот плюм вызывает масштабное плавление. Он не сталкивает плиты, а буквально «прожигает» кору снизу, создавая огромные вулканические плато.

Именно этот второй механизм, по мнению исследователей, доминировал в архее — более 2,5 миллиардов лет назад. Но как они смогли это доказать, заглянув в такую седую древность?

Вещественное доказательство: что рассказали камни-«капсулы времени»?

Чтобы реконструировать события миллиардной давности, геологи работают как настоящие детективы. Их главное вещественное доказательство — древние породы. В данном случае команда из Гонконга изучала образцы из Северного Китая, возраст которых составляет около 2,5 миллиарда лет. Это так называемые ТТГ-гранитоиды (тоналит-трондьемит-гранодиорит) — по сути, «кирпичики», из которых сложены самые древние части наших континентов.

Но настоящий ключ к разгадке скрывался внутри этих камней. Это крошечные, но невероятно прочные минералы — цирконы.

Почему именно они? Циркон — это идеальная «капсула времени». В момент своей кристаллизации он захватывает и навеки запечатывает в своей структуре частички окружающей его магмы. Анализируя химический состав этих микроскопических включений, можно с поразительной точностью узнать, в каких условиях родилась порода.

И вот что рассказали цирконы:

1. Они были «сухими». Анализ показал крайне низкое содержание воды в магме, из которой образовались эти породы. Это стало первым серьёзным ударом по классической теории. Почему? Зоны субдукции — это всегда «мокрые» системы. Океаническая плита, уходя в мантию, тащит с собой огромное количество воды. Мантийные плюмы, наоборот, поднимают вещество из глубин, где воды практически нет. Низкая влажность — сильный аргумент в пользу плюмов.
2. У них была особая «подпись». Изотопный состав кислорода в цирконах указывал на то, что исходным материалом для плавления служили базальтовые породы океанической коры и осадки. Такая смесь характерна для плавления коры сверху, под воздействием тепла от плюма, а не для плавления погружающейся плиты глубоко в мантии.

Новая модель: как из базальта получился гранит

Собрав все улики воедино, учёные предложили элегантную двухэтапную модель рождения древнего континента.

Этап 1 (около 2,7 млрд лет назад): Мощный мантийный плюм поднимается к поверхности и вызывает на дне древнего океана колоссальные излияния базальтовой лавы. Формируется огромное, тяжёлое вулканическое плато — так называемый зеленокаменный пояс. Это ещё не континент, а лишь его «заготовка».

Этап 2 (около 2,5 млрд лет назад): Под воздействием продолжающегося жара от плюма нижняя часть этой массивной базальтовой толщи начинает плавиться. Здесь и происходит магия. При частичном плавлении базальта образуется новый, более лёгкий и богатый кремнием расплав — та самая ТТГ-магма. Будучи легче, она устремляется вверх, формируя первые стабильные островки континентальной коры. А более тяжёлый, тугоплавкий остаток под собственной гравитацией начинает медленно тонуть обратно в мантию. Этот процесс гравитационного погружения и назвали сагдукцией.

Таким образом, вместо столкновения плит мы видим совершенно иную картину: сначала жар из недр создаёт массивную «заготовку», а затем он же «переплавляет» её, отделяя лёгкое «зерно» континента от тяжёлых «плевел».

Что это меняет в нашем понимании Земли?

Это исследование — не просто уточнение деталей. Оно меняет фундаментальное представление о юности нашей планеты. Получается, что в архее Земля жила по другим правилам. Её внутреннее тепло было гораздо сильнее, и гигантские плюмы, поднимавшиеся из недр, играли куда более важную роль, чем сегодня. Тектоника плит, возможно, уже зарождалась, но не она была главным «архитектором» первых материков.

Профессор Гочунь Чжао подчёркивает: сравнив «сухие» ТТГ-породы из Китая с «мокрыми» породами того же возраста, но сформированными в явной зоне субдукции, команда получила неопровержимое доказательство существования двух разных механизмов.

Это открытие даёт геологам новый мощный инструмент — анализ содержания воды в цирконах — для того, чтобы различать древние тектонические обстановки. Теперь, изучая другие древнейшие породы по всему миру, учёные смогут составить более полную и сложную карту геодинамики ранней Земли.

Возможно, истина, как это часто бывает в науке, лежит где-то посередине. Ранняя Земля могла быть причудливым миром, где оба процесса — и плюмы, и ранняя тектоника плит — работали одновременно, внося свой вклад в создание суши. Но теперь мы знаем почти наверняка: без огненного дыхания мантийных плюмов привычные нам континенты могли бы и не родиться.