Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.
Согласно современным представлениям, облик Земли определяется динамикой в ее твердой оболочке — литосфере. Она разбита на плиты, которые перемещаются в горизонтальном направлении. Сталкиваясь, они сминаются, прогибаются, пододвигаются одна под другую, спускаясь в мантию.
Когда начался этот процесс, точно не известно. Одна из последних оценок — 3,6 миллиарда лет — получена на основе анализа цирконов. Эти силикатные минералы хранят информацию о составе родительского магматического расплава, даже если позднее изначальные горные породы переработаны.
Древнейшие цирконы — возрастом 4,2 миллиарда лет — обнаружили в районе Джек-Хиллс на западе Австралии. Геологи называют это время катархеем. Земля тогда оставалась еще очень горячей, магма подходила к поверхности, атмосферы не было, а тонкую кору планеты бомбардировали кометы и астероиды.
Горных пород из катархея не сохранилось, только цирконы. По химическому составу, по аналогии с гранитами, их делят на два типа — I и S. Первые образовались в истинно мантийных расплавах, вторые — в присутствии материала, поступившего с поверхности, главным образом осадочного. Таким образом, S-цирконы указывают на существование континентов и химического выветривания, а значит, и тектоники плит.
Ряд специалистов усомнились в том, что движения плит существовали в катархее. Принято считать, что этот механизм появился позже, когда земная кора затвердела и утолщилась. Дискуссия на эту тему продолжается. Чтобы ее разрешить, нужно проанализировать все имеющиеся данные о составе обломочных цирконов и соотношении химических элементов в них.
Ученые из Китайской академии наук вместе с коллегами их Канады и США использовали для этого искусственный интеллект. Они обучили модель на 374 образцах обломочных цирконов, происхождение которых известно. Убедившись, что она точно определяет минералы обоих типов, исследователи применили ее для классификации 971 циркона катархейского возраста.
Отметим, что попытки создать классификаторы цирконов уже предпринимали, но авторы новой работы уверены: их модель самая точная. Выяснилось, что более трети цирконов из Джек-Хиллс относятся к S-типу. Сходное соотношение наблюдается для минералов, найденных недавно в песчаниках Грин-Сэндстоун в Южной Африке. То есть явление более распространенное, чем считалось.
«Это убедительно показывает, что массы гранитов S-типа, а также сопутствующие им осадочные породы уже существовали на Земле по крайней мере 4,2 миллиарда лет назад», — резюмировали авторы статьи.
Самые ранние надежные датировки гранитов S-типа — 3,55, а осадочных пород — 3,95 миллиарда лет. В новой работе их возраст значительно сдвигают влево.
Ученые отметили, что почти половина всех катархейских цирконов — S-типа. Однако их соотношение меняется на временной шкале. По мнению авторов, это отражает цикл создания и распада суперконтинентов. В интервью Science Джун Коренага, геофизик из Йельского университета, который тоже моделирует начало тектоники плит, назвал это «чистой спекуляцией».
Геохимик Крис Хоксворт из Бристольского университета указал: если субдукция (опускание одной литосферной плиты под другую) существовала более четырех миллиардов лет назад, то это не значит, что механизм тектоники плит полностью включился. Вдавить кору в мантию могло и ударом огромного астероида, подчеркнул исследователь.
Тем не менее доказательств раннего начала перемещений литосферных плит все больше. И новая научная работа — еще один аргумент «за».