Химический состав кристаллов циркона, обнаруженных в Южной Африке, предоставил ученым самые ранние свидетельства движения литосферных плит. Вероятно, около 3,8 миллиарда лет назад поверхность нашей планеты перестала быть стабильной каменной оболочкой и в ней начались тектонические процессы.
Земная кора и верхний слой мантии под ней разделены на литосферные плиты. Тепло ядра приводит в движение вязкие слои мантии под плитами, становясь причиной тектонической активности, ответственной за извержения вулканов, землетрясения и поднятие горных хребтов. У ученых не было единого мнения, когда именно сформировалась современная земная кора: оценки варьировались от четырех миллиардов до 800 миллионов лет назад. Такой разброс связан с отсутствием геологических данных о молодой Земле из-за постоянной циркуляции веществ в поверхности самих плит. Сейчас на планете практически не осталось пород, датируемых первыми 500 миллионами лет ее существования.
Теперь коллектив американских ученых смог точнее определить время начала тектонической активности на Земле. Исследователи обнаружили в Южной Африке 33 кристалла силикатного минерала циркона: слой, в котором их нашли, сформировался 3,3-4,15 миллиарда лет назад. Цирконовые кристаллы, описанные в статье для журнала AGU Advances, содержали древнейшие свидетельства субдукции — погружения одной литосферной плиты под другую.
Изотопы гафния и состав микроэлементов в цирконах позволили определить условия формирования циркона. Кристаллы возрастом меньше 3,8 миллиарда лет образовались в горных породах, испытывающих давление и температуру, аналогичные тем, что наблюдаются в современных зонах субдукции. При этом более древние цирконы образовались в результате плавления мантийных пород, которые оставались стабильными на протяжении 600 миллионов лет.
Таким образом, около 3,8 миллиарда лет назад поверхность Земли перестала быть стабильной и в ней начались первые тектонические процессы. Ученые предполагают, что этот переход был постепенным. Вероятно, изменения начинались и заканчивались в различных местах планеты, прежде чем стали глобальным тектоническим движением, которое мы наблюдаем по сей день.
Тектоника плит формирует атмосферу Земли за счет выбросов вулканических газов. Кроме того, она создает силикатные породы, которые захватывают из атмосферы углекислый газ, тем самым смягчая колебания температуры. Среди всех изученных планет тектоническую активность выявили только на Земле — возможно, именно она сыграла решающую роль в создании условий, пригодных для появления жизни.