Новое исследование, анализирующее фрагменты самых древних горных пород на планете, добавляет некоторые из самых убедительных доказательств того, что земная кора толкала и тянула так же, как современная тектоника плит, по крайней мере, 3,25 миллиарда лет назад. Исследование также предоставляет самое раннее доказательство того, когда северный и южный магнитные полюса планеты поменялись местами.

Эти два результата дают представление о том, как такие геологические изменения могли привести к созданию среды, более благоприятной для развития жизни на планете.

Работа, описанная в PNAS и возглавляемая геологами из Гарварда Алеком Бреннером и Роджером Фу, была сосредоточена на части кратона Пилбара в западной Австралии, одном из старейших и наиболее стабильных участков земной коры. Используя новые методы и оборудование, исследователи показывают, что некоторые из самых ранних поверхностей Земли перемещались со скоростью 6,1 сантиметра в год и 0,55 градуса каждый миллион лет.

Эта скорость более чем вдвое превышает скорость, с которой древняя кора двигалась в предыдущем исследовании , проведенном теми же исследователями. Как скорость, так и направление этого широтного дрейфа оставляет тектонику плит как наиболее логичное и сильное объяснение.

«Есть много работ, которые, кажется, предполагают, что в начале истории Земли тектоника плит на самом деле не была доминирующим способом высвобождения внутреннего тепла планеты, как это происходит сегодня в результате смещения плит», — сказал Бреннер, доктор философии. . кандидат Высшей школы искусств и наук и член Палеомагнетической лаборатории Гарварда. «Это свидетельство позволяет нам гораздо более уверенно исключать объяснения, не связанные с тектоникой плит».

Например, теперь исследователи могут возражать против явлений, называемых « истинным полярным блужданием » и «застойной тектоникой крышки», которые могут вызывать смещение поверхности Земли, но не являются частью современной тектоники плит. Результаты больше склоняются к тектоническому движению плит, потому что недавно обнаруженная более высокая скорость несовместима с аспектами двух других процессов.

В статье ученые также описывают то, что считается старейшим свидетельством того, когда Земля поменяла местами свои геомагнитные поля, что означает, что магнитные Северный и Южный полюса поменялись местами. По данным НАСА , этот тип переворота является обычным явлением в геологической истории Земли: полюс переворачивался 183 раза за последние 83 миллиона лет и, возможно, несколько сотен раз за последние 160 миллионов лет .

Инверсия многое говорит о магнитном поле планеты 3,2 миллиарда лет назад. Ключевым среди этих выводов является то, что магнитное поле , вероятно, было стабильным и достаточно сильным, чтобы предотвратить разрушение атмосферы солнечными ветрами. Это понимание в сочетании с результатами по тектонике плит дает ключ к разгадке условий, при которых развивались самые ранние формы жизни.

«Это рисует картину ранней земли , которая уже была действительно геодинамически зрелой», — сказал Бреннер. «У него было много таких же динамических процессов, которые приводят к тому, что Земля имеет существенно более стабильные условия окружающей среды и поверхности, что делает более вероятным развитие и развитие жизни».

Сегодня внешняя оболочка Земли состоит примерно из 15 движущихся блоков земной коры или плит, которые удерживают континенты и океаны планеты. На протяжении эпох плиты дрейфовали друг в друга и расходились, образуя новые континенты и горы и подвергая воздействию атмосферы новые горные породы, что привело к химическим реакциям, стабилизировавшим температуру поверхности Земли на миллиарды лет.

Трудно найти доказательства того, когда началась тектоника плит, потому что самые старые куски коры вдавлены во внутреннюю мантию и никогда не всплывают на поверхность. Только 5 процентов всех горных пород на Земле старше 2,5 миллиардов лет, и ни одна порода не старше примерно 4 миллиардов лет.

В целом, исследование добавляет к растущим исследованиям, что тектонические движения произошли относительно рано в 4,5-миллиардной истории Земли и что ранние формы жизни возникли в более умеренной среде. Участники проекта повторно посетили кратон Пилбара в 2018 году, который простирается примерно на 300 миль в поперечнике. Там они пробурили изначальную и толстую плиту коры, чтобы собрать образцы, которые еще в Кембридже были проанализированы на предмет их магнитной истории.

Используя магнитометры, оборудование для размагничивания и квантовый алмазный микроскоп, который отображает магнитные поля образца и точно определяет природу намагниченных частиц, исследователи создали набор новых методов для определения возраста и способа намагничивания образцов. Это позволяет исследователям определить, как, когда и в каком направлении сместилась кора, а также магнитное влияние, исходящее от геомагнитных полюсов Земли.

Квантовый алмазный микроскоп был разработан в сотрудничестве между гарвардскими исследователями из факультетов наук о Земле и планетах (EPS) и физики.

В будущих исследованиях Фу и Бреннер планируют сосредоточить внимание на кратоне Пилбара, а также изучить другие древние коры по всему миру. Они надеются найти более старые свидетельства движения плит, подобного современному, и время, когда магнитные полюса Земли поменялись местами.

«Наконец-то возможность надежно читать эти очень древние породы открывает так много возможностей для наблюдения за периодом времени, который часто известен скорее теоретически, чем на основе достоверных данных», — сказал Фу, профессор EPS на факультете искусств и наук. «В конечном счете, у нас есть хорошие шансы реконструировать не только то, когда тектонические плиты начали двигаться, но и то, как их движения — и, следовательно, глубинные внутренние процессы Земли, которые их вызывают, — менялись с течением времени».