;
Кейсы 22 января 2021

Взгляд вглубь Земли: что нового узнали ученые о развитии планеты

Далее

Информация о том, как развивалась наша планета, обновляется с каждым новым исследованием. Собрали все актуальные сведения, которая дополнит ваши знания о формировании Земли.

Как образовалась Земля?

Земля образовалась около 4,567 млрд лет назад путем аккреции из протопланетного диска, дискообразной массы газа, пыли, оставшихся от образования Солнца, которая и дала начало Солнечной системе. Вулканическая дегазация создала первичную атмосферу, но в ней почти не было кислорода и она была бы токсичной для людей и современной жизни в целом.

Большая часть Земли была расплавленной из-за активного вулканизма и частых столкновений с другими космическими объектами. Предполагается, что одно из таких крупных столкновений привело к наклону земной оси и формированию Луны.

Со временем такие космические бомбардировки прекратились, что позволило планете остыть и образовать твердую кору. Доставленная на планету кометами и астероидами вода сконденсировалась в облака и океаны. Земля стала, наконец, гостеприимной для жизни, а самые ранние ее формы обогатили атмосферу кислородом.

Протопланетный диск в представлении художника

Формирование первых континентов

Геофизики обнаружили, что около 3 млрд лет назад земная кора раздулась в ходе резкого скачка роста. По словам ученых, спустя всего 1,5 млрд лет после образования Земли, мантия — слой силикатной породы между корой и внешним ядром, сильно нагрелся. Магма просочилась во фрагменты более старой коры над ней. Эти фрагменты зачатками для роста современных континентов.

Доказательства роста планеты были найдены в древних кристаллах циркона в отложениях на дне ручьев в Гренландии. Чрезвычайно прочные кристаллы, состоящие из силиката циркония, образовались во время всплеска роста около 3 млрд лет назад.

Вероятно, в истории Земли было несколько событий, в ходе которых формировалась кора. Но эта глобальная инъекция, произошедшая 3 млн лет назад, определенно, была одной из самых крупных.

Крис Киркланд, профессор геолого-геофизических наук в Университете Кертина

До этого скачка древняя кора Земли была намного тоньше и слабее, чем на сегодняшний день. В конце концов она распалась на фрагменты коры, из которых могла вырасти новая.

В то время температура мантии достигла пика из-за радиоактивного распада таких элементов, как уран и калий в ядре Земли. Также поднимало температуру и остаточное тепло после образования планеты. По словам исследователей, глобальные температуры стимулировали процесс роста, и кора продолжала раздуваться в течение примерно 200 млн лет.

Каким были первые континенты?

Геологи Университета Монаша пролили новый свет на раннюю историю Земли: они заявили, что континенты были слабыми и склонными к разрушению в раннем периоде.

Мы воспроизвели условия ранней Земли в компьютерных численных моделях и показали, что высвобождение внутреннего первичного тепла, в три-четыре раза превышающего нынешнее, вызвало большое плавление в мелкой мантии, которая затем была вытеснена в виде магмы (расплавленной породы) на поверхность Земли. 

Фабио Капитанио, доктор и ведущий автор исследования

По мнению исследователей, мелкая мантия, оставшаяся после этого процесса, была обезвожена, застыла и образовала основы первых континентов.

Результаты работы объясняют, что континенты ранее были слабыми и склонными к разрушению: примерно 4,5 или 4 млрд лет назад. Затем они постепенно дифференцировались и становились жесткими в течение следующего миллиарда лет, а позже образовали ядро наших современных континентов. 

Количественная модель, которую использовали в исследовании, объясняет уровни расплавления мантии и слоистые структуры, которые есть в большинстве кратонов на Земле.

Это объясняет переход от Хадея, который охватывает первые 500 млн лет земной истории, в течение которых кора была полностью переработана, к архею (4-3 млрд лет назад), когда континенты только затвердели. 

Столкновение Земли с планетой Тейя в представлении художника

Что исчезло в процессе формирования Земли?

Ученые создали модель  радиоактивности древних пород Земли: она ставит под сомнение современные модели формирования континентальной коры. Предполагается, что  континенты поднялись из моря гораздо раньше, чем считалось ранее, но были разрушены и от них не осталось следов. 

Ученые из Университета Аделаиды опубликовали два исследования модели радиоактивности горных пород за миллиарды лет. Они показали, что континентальная кора Земли, возможно, была толще, гораздо раньше, чем предполагают современные модели, и континенты, возможно, существовали еще четыре миллиарда лет назад.

Если наша модель окажется верной, она может потребовать пересмотра многих аспектов нашего понимания химической и физической эволюции Земли, включая скорость роста континентов и, возможно, даже начало тектоники плит. 

Текст исследования

Доктор Хастерок и его аспирант Мэтью Гард собрали 75 800 геохимических образцов магматических пород (таких как гранит), которые, предположительно, образовались вместе с первыми континентами. Они оценили радиоактивность в этих породах сегодня и построили модель средней радиоактивности от 4 млрд лет назад до настоящего времени.

Все породы, объясняют ученые, содержат естественную радиоактивность, которая производит тепло и повышает температуру в коре. Она распадается, и чем более радиоактивна порода, тем больше тепла она производит.

Породы, обычно связанные с континентальной корой, имеют более высокую радиоактивность, чем океанические породы. Камень, которому 4 млрд лет, имел бы примерно в четыре раза больше радиоактивности, по сравнению с сегодняшним днем.

Но исследователи обнаружили неожиданный дефицит уровня радиоактивности в породах старше примерно 2 млрд лет. Когда они сделали поправку на более высокую выработку тепла из-за более высокой радиоактивности, которая должна была присутствовать, дефицит исчез.

Ученые думают, что это произошло из-за высокой радиоактивности и высокой температуры: породы либо расплавились, либо были легко разрушены тектоническим движением. 

Современные модели говорят, что континенты появились из океанов по мере утолщения земной коры. Авторы считают, что намного раньше могло существовать значительное количество, хотя и очень нестабильной, континентальной коры. 

Связь между жизнью на Земле и движением континентов

Новое исследование Техасского университета в Остине показывает возможную связь между жизнью на Земле и движением континентов. Полученные результаты подтверждают, что отложения, которые часто состоят из кусочков мертвых организмов, могут играть ключевую роль в определении скорости дрейфа континентов.

Исследование описывает, как отложения, перемещающиеся под тектоническими плитами или субдукция под ними, могут регулировать движение плит и даже влиять на быстрый подъем горных хребтов и рост континентальной коры.

Осадок образуется, когда ветер, вода и лед разрушают существующие породы или когда на морском дне скапливаются раковины и скелеты микроскопических организмов, таких как планктон.

Давно известно, что отложения, попадающие в зоны субдукции, влияют на геологическую активность, например, на частоту землетрясений. Но до сих пор считалось, что они мало влияют на движение континентов. Это связано с тем, что скорость субдукции зависит от силы субдукционной плиты.

Движение континентов обусловлено погружением одной плиты под другую, поэтому тут от силы части плиты, которая погружается в мантию Земли (и энергия, необходимая для ее изгиба), зависит скорость ее движения, а вот осадок оказывает незначительное влияние.

Однако ранние исследования с участием ученых UTIG показали, что субдукционные пластины могут быть слабее и более чувствительны к другим воздействиям, чем считалось ранее. Это заставило исследователей искать другие механизмы, которые могли бы влиять на скорость пластин.

Они оценили, как различные типы горных пород могут влиять на границу раздела плит — границу, где встречаются субдуктивные плиты. Последующее моделирование показало, что порода, состоящая из осадка, может создавать смазывающий эффект между пластинами, так она ускорит субдукцию и увеличит скорость пластин.

Этот механизм может привести в движение сложную петлю обратной связи. По мере увеличения скорости пластины будет меньше времени для накопления осадка, поэтому количество субдуктивного осадка будет уменьшаться.

Это приводит к более медленной субдукции, которая может позволить горам расти на границах плит, поскольку сила двух плит, сталкивающихся друг с другом, вызывает подъем. В свою очередь, эрозия этих гор ветром, водой и другими силами может привести к образованию большего количества отложений, которые возвращаются обратно в зону субдукции и возобновляют цикл, увеличивая скорость субдукции.

Читать далее

Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят

Ученые предложили колонизировать спутник Цереры

Посмотрите на редчайшие молнии: синюю струю и эльфа, снятых с МКС

Загрузка...