Глубинный круговорот воды запустил вулканы 3,1 млрд лет назад

Ученые из Университета Аделаиды обнаружили в регионе Пилбара (Австралия) древние лавы возрастом 3,1 миллиарда лет. Исследование уникальных пород доказало существование глубокого круговорота воды в те времена, когда тектоника плит еще не сформировалась, а земная кора была слишком мягкой.

Регион Пилбара на северо-западе Австралии признан уникальным геологическим заповедником. Из-за исключительной сохранности местных пород, возраст которых превышает 3,5 миллиарда лет, эту пустынную местность активно исследует NASA. Агентство использует ландшафты и древние вулканические структуры Пилбары в качестве земного аналога Марса для подготовки марсоходов и отработки методов поиска внеземной жизни.

С детства нам рассказывают о круговороте воды, состоящем из испарения и осадков. Но глубоко под ногами протекает второй, гораздо более медленный процесс. На океанском дне морская вода просачивается в кору и вступает в реакцию с породой, химически связываясь внутри минералов.

В современном мире погружающиеся тектонические плиты уносят эти водоносные минералы вниз, в мантию, а вулканы со временем «выдыхают» воду обратно. Этот процесс регулирует водный баланс планеты, не позволяя океанам высохнуть, а мантия благодаря воде плавится иначе, помогая строить континенты. На протяжении десятилетий ученых интересовала загадка: как ранняя Земля возвращала воду в свои глубины до появления тектоники плит? Исследование показывает, как это могло происходить. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Ученые отобрали образцы лав группы Вундо в Пилбаре, где сохранились редчайшие участки тонкой древней коры. Химически эти породы оказались близкими родственниками лав, извергающихся сегодня в зонах субдукции, например, в Тихоокеанском огненном кольце. Среди них обнаружен древнейший пример редкой, богатой водой лавы — бонинита. Добавление воды в мантийные породы работает как соль на обледенелой улице: она снижает температуру плавления.

Измерив химический состав, ученые выяснили, что древняя мантия содержала столько же воды, сколько и мантия под современными дуговыми вулканами. Наличие воды в мантии — это ключевое условие для формирования и работы дуговых вулканов, таких, как вулканы Камчатки, Японии или Курильских островов. Без воды в мантии эти вулканические цепи просто не появились бы.

Поскольку молодая Земля была горячее, а кора — слишком мягкой для жесткого скольжения плит, погружение влаги происходило иначе. Ученые назвали этот процесс «дрипдукцией». Вместо чистого погружения плиты участок мягкой водоносной коры прогибался и уходил в мантию короткими локальными толчками. Это была временная версия субдукции, которая затягивала поверхностную воду за собой и питала вулканы.

«Хотя этот процесс был хаотичным, задолго до того, как на Земле началась устойчивая тектоника плит, она уже нашла способ управлять своим водным бюджетом. Эти скалы в Пилбаре хранят память о планете, начинающей перерабатывать свои океаны», — говорит ведущий автор работы доктор Эрик Вандербург.

Компьютерные модели и раньше предсказывали подобные сценарии для ранней Земли, но найденные геологами древние породы, в первую очередь бонинит, предоставили реальные доказательства. Глубинный круговорот воды оказался намного старше тектонических механизмов, которые, как казалось раньше, были ему необходимы. Земля перерабатывала воду и запускала вулканы более трех миллиардов лет назад. Но ученые будут и дальше искать фрагменты первозданной коры, чтобы подтвердить этот древний глубинный круговорот воды.