Причиной тектонического движения на Земле назвали гигантский метеорит

Одной из вероятных причин начала тектонического движения литосферных плит на Земле оказалось столкновение нашей планеты с гигантским метеоритом. Такой вывод сделали ученые из Австралии, смоделировав процессы, которые могли происходить в мантии и литосфере четыре с половиной миллиарда лет назад. Результаты исследования опубликованы в Nature Geoscience.

У современного тектонического движения литосферных плит на Земле есть несколько характерных особенностей. К ним, например, относится постоянное обновление океанской земной коры в результате формирования новых магматических пород в срединно-океанических хребтах и медленного поглощения коры в зонах субдукции. Такие процессы приводят к полному обновлению коры примерно за 100 миллионов лет. Когда и по каким причинам началось движение земной коры по такому механизму — до сих пор открытый вопрос.

Известно, что субдукционным зонам не меньше трех миллиардов лет, но что происходило с литосферными плитами в катархейскую эру, неизвестно. Осадочных горных пород с катархея практически не осталось, поэтому анализ геологических событий, происходивших ранее, чем четыре миллиарда лет назад, крайне затруднен. Для этого используется анализ обломочных пород, содержащих циркон (подробнее об этом можно прочитать в нашем материале), косвенные свидетельства или компьютерное моделирование.

В своей новой работе геофизики решили исследовать, что могло происходить с Землей после ее вероятного столкновения с достаточно большим метеоритом. Около четырех миллиардов лет назад столкновение с метеоритами было одним из основных факторов, определяющих происходящее на Земле. Ученые предположили, что именно большой метеорит мог стать причиной формирования современной литосферы и ее тектонического движения.

Для проверки своей гипотезы они провели компьютерное моделирование событий, которые могли происходить с мантией и литосферой после падения метеорита, с использованием метода Монте-Карло. В модели они использовали данные о количестве и размере астероидов на этом этапе развития Солнечной системы, их вероятной скорости и тепловом потоке при столкновении.

Компьютерное моделирование показало, что падение метеорита приводит к возбуждению температурной аномалии в мантии. Такая аномалия развивается и вызывает подъем вещества из глубоких слоев наружу и погружение изначально сформировавшихся слоев земной коры вглубь мантии.

Смоделировав процессы, происходившие с внешними слоями земной коры катархея после столкновения с метеоритами разных размеров, ученые показали, что в ответ на любое сильное начальное возмущение в момент столкновения в земной мантии начинается медленный переход к устойчивому состоянию с достаточно тонкой корой и субдукционными зонами. Однако такое состояние отличается от современного, поэтому ученые предположили, что при формировании современной земной коры произошли последовательные столкновения с несколькими метеоритами (радиус одного из них должен был быть не меньше 1000 километров).

В результате этих столкновений мог образоваться колебательный режим с двумя метастабильными состояниями. Результаты моделирования показали, что между этими состояниями произошло несколько переходов с периодом около 100 миллионов лет, после чего около четырех миллиардов лет назад в результате охлаждения и утолщения литосферы (и, возможно, еще нескольких столкновений с метеоритами меньшего размера) образовалось относительно устойчивое новое состояние, близкое к сегодняшнему.

Исследование также показало, что, кроме тектонического движения, такое столкновение могло привести и к формированию современного магнитного поля Земли, которое образуется по механизму магнитного динамо и довольно чувствительно к неоднородностям в мантии.

Стоит отметить, что полученные результаты подтвердили и данные недавних геологических исследований. Если изначально считалось, что тектоническое движение началось около 3 миллиардов лет, то анализ изотопного состава титана показал, что это произошло не позже трех с половиной миллиардов лет назад.

Александр Дубов