Планета Земля уникальна во многих отношениях, не только из-за жизни на своей поверхности. Так, ее кора постоянно движется и обновляется за счет тектоники плит. Земля это также двойная планета, поскольку она имеет очень крупный спутник — Луну. Новое исследование показало, что обе особенности планета могла приобрести в самом начале своей истории по одной и той же причине.
Первые этапы биографии Земли были остросюжетны: поначалу планета была «океаном» расплавленных горных пород, в который падали астероиды. Один из таких ударов оказался особенно сильным и имел далеко идущие последствия. Речь о гипотезе Тейи, или мегаимпакта, согласно которой планета с таким названием врезалась в совсем юную Землю около 4,5 миллиарда лет назад.
Катастрофическое столкновение привело к выбросу в космос множества обломков обоих тел. Они образовали Луну, а часть вещества Тейи погрузилась вглубь нашей планеты.
Вскоре после этого Земля превратилась в своего рода конвейер, постоянно создающий и разрушающий свою внешнюю оболочку — литосферу. Она состоит из океанических и континентальных плит, которые движутся друг относительно друга и обновляются. Новые участки литосферы рождаются в срединно-океанических хребтах (спрединг), а старые гибнут под натиском тяжелых континентальных плит. Они загибаются внутрь Земли, обламываются и тонут в текучей мантии (субдукция).
Исключительно древние и прочные минералы (цирконы) помогли выяснить, что субдукция, а значит и весь “конвейер” тектоники плит стартовали 4,3 миллиарда лет назад. Выходит, это произошло вскоре после столкновения Земли и Тейи. Ученые до сих пор спорят, что же запустило уникальное для нашей планеты горизонтальное движение плит. Авторы новой статьи в журнале Geophysical Research Letters сделали на этот счет смелое, но в то же время довольно закономерное предположение. Они считают, что сам мегаимпакт и положил начало тектонике плит.
Ученые использовали компьютерное моделирование, чтобы воспроизвести изменения состава и температуры земной мантии в двухмерной и трехмерной форме. Авторы учли, что температура на границе между ядром и мантией возросла из-за удара Тейи. Ранее они выяснили, что нижняя часть мантии Земли поначалу оставалась по большей части твердой, а значительная часть Тейи могла сохраниться в недрах нашей планеты в виде крупных областей с низкой скоростью сдвига.
Эти огромные структуры до сих пор существует в нижней части мантии, у самого ядра. Их названия связана с методом, благодаря которому они были открыты, — в них действительно медленнее распространяются сдвиговые волны. Известно две такие области, называемые также «суперплюмы», — африканская и тихоокеанская. Их суммарный объем равен шести процентам от общего объема Земли.
Расчеты показали, что именно высокая температура на границе мантии и ядра создала первые конвективные потоки в мантии, то есть плюмы. За счет нагрева они поднимаются вверх, к земной коре по механизму конвекции. Согласно модели, такое «перемешивание» началось не сразу после столкновения, а примерно на 200 миллионов лет позже.
Однажды начавшись, конвекция в мантии и тектоника плит на Земле уже не прекращалась. Они продолжаются до сих пор. очень сильно влияя на облик нашей планеты, которая иначе могла быть совсем иной, — скажем, напоминать негостеприимные сейчас Венеру или Марс.