Геологи определили возраст первых континентов Земли

Пристегните ремни, мы движемся. И не только вместе с Землёй сквозь Вселенную с огромными скоростями. Мы медленно и неторопливо ползём вместе с континентом Евразия. Скорость – два-три миллиметра в год. Прямо сейчас расширяется Атлантический океан, надвое разламывается Африка, а Индийский субконтинент продолжает сминать огромную складку Гималаев, делая их всё выше. Наш родной материк, кстати, тоже раскалывается, из-за чего Байкал когда-нибудь станет океаном. Так что у жителей Иркутска будет прекрасная возможность отдохнуть на морском берегу, не выезжая из своего региона – нужно всего лишь подождать двадцать миллионов лет.

Поразительная геометрическая совместимость восточных берегов Америки с западным побережьем Европы и Африки стала очевидна уже к началу ХVII века. Но учёные того времени видели в этом разве что промысел Божий. Геологию этих континентальных окраин ещё никто не мог сопоставить, так как не существовало даже слова "геология", было "горное дело" с единственной задачей – искать и добывать полезные ископаемые.

Первым гипотезу о движении материков озвучил немецкий метеоролог Альфред Вегенер в 1915 году. Почти полвека она оставалась крайне непопулярной, ведь геологи того времени не знали никаких сил, способных двигать континенты. Так продолжалось до 1950-х годов, когда начались открытия.

Наука питается крохами со стола бога войны. Радиотелескопы, перевернувшие наши представления о Вселенной, стали инструментом учёных после Второй мировой, когда огромные средства были вложены в технологии радиолокации. Та же история произошла с гидролокаторами, доведёнными до совершенства ради обнаружения подводных лодок противника. Геологи же использовали их для зондирования морского дна.

Подводный рельеф океанов, палеомагнитные исследования и сейсмология не оставили сомнений: океаническая кора зарождается в срединно-океанических хребтах и циклопической конвейерной лентой ползёт от них в обе стороны к океаническим желобам, где снова уходит в раскалённые глубины. Вот к этим точкам погружения и ползут материки, которые попросту плавают на поверхности мантии из-за того, что гранит на 10% легче базальта. Материки разламываются, сталкиваются, объединяются, но не тонут. Только это и позволило сохраниться материковой коре возрастом в миллиарды лет, в то время как на дне океана сегодня нет коры старше юрской (200 – 150 миллионов лет) – вся погрузилась и переплавилась.

В наши дни учёным нет нужды ссылаться на косвенные данные: скорость движения материков они попросту измеряют. В этом им помогают радиоинтерферометры, о которых мы недавно рассказывали. Созданные ради астрономических открытий, они работают и на геологов. Такая система из нескольких телескопов чрезвычайно чувствительна к изменению расстояния между ними, и движение на миллиметры в год не заметить невозможно.

Силы, которые приводят в движение гигантский конвейер, для геологов сегодня тоже не являются тайной. В полном соответствии с законом Архимеда тяжёлые породы тонут в мантии, погружаясь всё глубже (именно поэтому, кстати, у Земли железное ядро), а лёгкие выталкиваются на поверхность. Получается круговое течение, вертикальное в глубинах мантии и горизонтальное у поверхности Земли – конвективная ячейка. На Земле чередуются режимы "одна ячейка – две ячейки", из-за чего материки то сбиваются в один суперконтинент, как во времена Пангеи, то расходятся в разные стороны, как сейчас. Кстати, именно трение в этих огромных потоках вещества и есть основной механизм разогрева недр нашей планеты. Распад радиоактивных элементов даёт только 15% тепла.

Такова картина, ясная и проверенная даже в деталях. Но у учёных всё ещё остаются вопросы. И первый из них – когда это началось? Как давно на Земле существуют целые материки из гранита и других пород континентальной коры? Давно ли начался их затейливый танец?

По этому поводу нет единого мнения. Некоторые геологи считают следами древнейшей континентальной коры вкрапления кварца в кристаллы циркона возрастом 4 миллиарда лет (между прочим, этот минерал не так давно позволил определить самую высокую температуру, которую знала Земля). Большинство исследователей называют более скромные цифры – три миллиарда. Проблема в том, что датировка горных пород – не такое простое дело. Изменения, которым древние минералы подвергались за свою долгую жизнь, могут искажать следы возраста.

Новый подход предложила научная группа во главе с Николя Гребером (Nicolas Greber) из Чикагского университета. В исследовании, опубликованном 22 сентября 2017 года в журнале Science, измеряется изотопный состав титана. Титан нерастворим в воде, не окисляется атмосферным воздухом, живые организмы тоже к нему равнодушны. Такой устойчивый к внешним воздействиям материал должен хранить отчётливые следы условий, в которых формировался.

Между тем титан в составе материковой и океанической коры – это, как гласит поговорка, две большие разницы и одна маленькая. Континентальные породы образуются при плавлении базальта, в этом процессе некоторые изотопы металла теряются. Поэтому, зная изотопный состав титана, можно сказать, был ли он когда-нибудь частью континентальной коры.

Геологи протестировали 78 образцов из разных мест по всему миру. Все камни брались из хорошо изученных и датированных коллекций, самому старому из них было 3,5 миллиарда лет. Соотношение изотопов титана оказалось характерным для континентальной коры поразительно мало менялось от образца к образцу. Учёные делают отсюда вывод, что уже 3,5 миллиарда лет назад на нашей планете существовали материки и начался дрейф тектонических плит.

К слову, соединения титана не только выдают возраст континентов Земли, но и раскаляют атмосферы планет далёкого космоса. Именно оксид этого металла считают ответственным за разогрев некоторых экзопланет.