Геологи уточнили модель образования древнего суперконтинента Нуна, существовавшего приблизительно от 1,8 до 1,3 миллиарда лет назад. Проанализировав состав и морфологию цирконов в метаморфических породах Трансантарктических гор, ученые определили условия формирования этих пород и установили, что сборка Нуны была длительным процессом и протекала как минимум в два этапа. При этом ведущую роль в образовании суперконтинента, по-видимому, играл магматизм, а не слияние древних континентальных блоков. Об этом сообщает статья в Scientific Reports.
Нуна, или Колумбия, считается одним из древнейших суперконтинентов Земли. Она объединяла практически все существовавшие в конце палеопротерозойской эры (1,8–1,6 миллиарда лет назад) протоконтинентальные блоки — кратоны. Считается, что ядро Нуны составили Лаврентия, Восточная Антарктида, а также Южно- и Северо-Австралийский кратоны, вокруг которых группировались остальные протоконтиненты. Реконструкции Нуны основываются на палеомагнитных данных, а возраст установлен радиометрическим датированием цирконов из пород древних континентальных окраин, где протекали горообразовательные процессы, связанные с формированием Нуны.
Следы древнего горообразования в первую очередь отражены в называемой эклогитовой метаморфической фации — совокупности пород, образовавшихся в условиях высоких давлений и температур. Подобные условия возникают в зонах субдукции или континентальной коллизии, то есть на границах литосферных плит, движущихся навстречу друг другу. При этом такие породы, как базальт и габбро, метаморфизируются с образованием эклогитов, состоящих главным образом из пироксена и граната.
Эклогиты из геологических провинций Мохаве (Лаврентия), Кимбана (Южная Австралия) и из хребта Миллера в Трансантарктических горах, датируемые по цирконовым включениям временем около 1,7 миллиарда лет назад, считались свидетельством конвергенции плит, объединившей древние кратоны в суперконтинент Нуна. Результаты исследований состава цирконов и морфологии их кристаллов, как правило, не позволяли сделать однозначного вывода об их метаморфическом или магматическом происхождении. Однако с учетом минерального комплекса вмещающей породы геологи полагали, что эти включения подверглись метаморфизации совместно с ней в течение короткого периода 1,730–1,690 миллиардов лет назад.
Группа исследователей из Австралии и США во главе с Диллоном Брауном (Dillon A. Brown) из Университета Аделаиды провела повторный анализ кристаллов циркона, присутствующих в породах хребта Миллера. Ученые исследовали 23 кристалла из образца реликтового эклогита 90-131A, принадлежащего к древнему (архейско-палеопротерозойскому) комплексу Нимрод. Для сравнения были взяты цирконовые зерна из ранее изученного образца эклогита 90-130D, отобранного в том же районе. Он датируется в основном кембрийским периодом (535 миллионов лет назад), но содержит и более ранние (возрастом до 2,2 миллиарда лет) включения.
Образцы характеризуются минералогическим и текстурным сходством, и для 90-130D надежно установлено, что большая часть цирконов в кембрии подверглась высокобарическому (16–18 килобар) и высокотемпературному (675–760 градусов) метаморфизму. Небольшое количество древних кристаллов ученые интерпретировали как реликты, сохранившиеся со времени кристаллизации магматических интрузий (внедрений магмы в толщу пород коры) в ранние эпохи.
Анализ зерен циркона из образца 90-131A показал их сложное строение. Морфология кристаллов, представляющих собой округлые призматические образования размером 100–150 микрометров, говорит о перекристаллизации первичного циркона. Метаморфическое происхождение имеет и тонкий (5–10 микрометров) внешний слой, уран-свинцовая датировка которого показала возраст около 577 миллионов лет. Но внутренние области зерен, возраст которых составляет 1,720 миллиарда лет, демонстрируют признаки магматического происхождения: повышенное содержание тория по отношению к урану (Th/U = 0,23–0,48) и наличие такой морфологической особенности, как осцилляторная зональность — чередование темных и светлых зон, проявляющееся при облучении быстрыми электронами. Отрицательная европиевая аномалия Eu/Eu*, равная 0,21–0,55, говорит о том, что порода образовалась в верхней континентальной коре и может быть продуктом как магматизма, так и метаморфизма при низком давлении. В таких условиях гранат — обязательный компонент эклогитов — не возникает.
Ученые предположили, что формирование эклогитов, обусловленное тектоническими процессами, происходило в кембрийском периоде на активной конвергентной окраине Восточной Гондваны и не имело отношения к появлению Нуны. По мнению Брауна и его коллег, главную роль в зарождении и развитии древнего суперконтинента сыграло поступление больших количеств магмы в кору и, возможно, связанный с ним метаморфизм низкого давления. Образование Нуны могло быть вызвано утолщением земной коры в морских бассейнах, разделявших протоконтиненты в ее составе. На низкую роль тектоники косвенно указывает редкость пород эклогитовой фации палеопротерозойского возраста, хотя исследователи указывают, что она их малая распространенность может объясняться плохой сохранностью.
Модель роста Нуны без активной коллизии континентальных блоков подразумевает большую длительность. Предположительно, на раннем этапе, около 1,8 миллиарда лет назад, благодаря магматическим процессам установились первые связи между кратонами прото-Австралии, Восточной Антарктидой и Лаврентией. Увеличение мощности коры способствовало метаморфизму при относительно низком давлении и возникновению разрывных нарушений, например, надвигов, следы которых обнаруживаются в палеопротерозойских слоях. На следующей стадии, приблизительно от 1,6 до 1,5 миллиарда лет назад, произошла окончательная консолидация суперконтинента. В дальнейшем Нуна, разрастаясь за счет краевой магматической аккреции, просуществовала еще не менее 200 миллионов лет, после чего распалась вследствие континентального рифтинга.
Ранее геологи смоделировали разделение Антарктиды и Южной Америки, которое привело к образованию пролива Дрейка и изоляции Южного материка, и обнаружили вторичную намагниченность древнейших цирконовых зерен из пород австралийского хребта Джек Хиллс. А о том, как ученые датируют горные породы и за что геологи любят циркон, можно узнать из нашего материала «Капсулы времени».
Винера Андреева