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

26 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Копенгагенского университета

Земля поистине уникальна среди планет нашей Солнечной системы. Он имеет обширные водные океаны и изобилие жизни. Но Земля уникальна еще и потому, что это единственная планета с тектоникой плит, которая сформировала ее геологию, климат и, возможно, повлияла на эволюцию жизни.

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

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

Однако новое исследование Копенгагенского университета, опубликованное в журнале Nature, предполагает, что этот тип 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 Чжэнбин Дэн, бывший доцент Копенгагенского университета и первый автор нового исследования.

Переход между верхней и нижней мантией происходит примерно на глубине 660 км под поверхностью Земли. На этой глубине некоторые минералы претерпевают фазовый переход. Дэн и его коллеги полагают, что этот фазовый переход может быть причиной того, что области верхней и нижней мантии остались в основном изолированными.

«Наши результаты показывают, что в прошлом переработка и смешивание субдуцированных плит с мантией ограничивались верхней мантией, где существует сильная конвекция. Это сильно отличается от того, как мы думаем, что тектоника плит работает сегодня, когда субдуцирующие плиты опускаются ниже». мантия», — говорит доцент Мартин Шиллер, который также стоит за новым исследованием.

Чтобы прийти к своим выводам, ученые разработали новый метод сверхточного измерения изотопного состава элемента титана в различных горных породах. Изотопы — это версии одного и того же элемента, имеющие немного разную массу. 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, образовавшихся 3,8 миллиарда лет назад, вплоть до современных лав.

Если переработка и смешивание тектонических плит были ограничены верхней мантией, как постулируется в новом исследовании, это означает, что нижняя мантия могла содержать нетронутый первичный материал. Понятие первичной мантии относится к резервуару мантийного материала, который остался относительно неизменным и сохранился с ранних этапов формирования Земли, около 4,5 миллиардов лет назад.

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