Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Но как далеко в прошлое мы можем заглянуть с таким анализом? Когда тектоника плит начала действовать в том виде, в котором мы ее сейчас знаем? Геофизики активно обсуждают эти вопросы, и летом 2006 года Геологическое общество Америки организовало конференцию, посвященную им. Встречу провели в Вайоминге, и дискуссии шли не только в конференц-залах, но и в полевых условиях среди древних скал — там, где большинство геологов предпочитает проверять свои идеи. Консенсуса к концу встречи добиться не удалось, однако общее мнение явно сместилось в сторону более раннего, а не более позднего начала тектоники плит. В последующие годы этот сдвиг продолжился.

Поскольку ключевым элементом перемещений плит является субдукция, то надежные подтверждения древней субдукции были бы четким указанием на тектонику плит. Некоторые геологи утверждали на теоретических основаниях, что субдукция в ее современном виде не могла происходить на гораздо более горячей Земле катархейского и архейского эонов. Конвекция в мантии тогда была мощнее современной, литосферные плиты двигались быстрее, а «теплая» океаническая литосфера, возможно, была слишком плавучей, чтобы легко подныривать. Сторонники этой точки зрения указывают, что в древних породах никогда не обнаруживаются некоторые метаморфические минералы, о которых известно, что они образуются в зонах субдукции.

Когда породы морского дна подныривают при субдукции, на них действует огромное давление, однако сами они остаются относительно холодными — в достаточной степени холодными, чтобы трескаться и вызывать землетрясения на больших глубинах, как мы видели ранее. Это означает, что метаморфизм в зонах субдукции относится к определенному типу, который геологи (вполне естественно) называют низкотемпературным метаморфизмом высоких давлений. Одним из диагностических минералов для метаморфизма такого типа является жадеит (часто используют термин жад^[37]). Когда в следующий раз увидите красивое ожерелье из жадеита или темно-зеленую статуэтку из него в музее, — благодарите тектонику плит.

Кроме жада, существуют и другие диагностические минералы для низкотемпературного метаморфизма высоких давлений; ассоциации этих минералов обнаружены по всему миру в местах, где в недавнем геологическом прошлом были зоны субдукции. Как ни странно, практически все появления относятся к породам возрастом менее одного миллиарда лет. Причины непонятны, однако мало кто из ученых считает, что этот момент означает начало тектоники плит. Например, существуют породы архейского возраста, которые по геохимическим и геологическим признакам, по-видимому, были частью дуг вулканических островов — а такая схема связана с субдукцией. Сегодня такие дуги (примерами могут служить Алеутские и Марианские острова) образуются при столкновении двух океанических плит, когда одна уходит под другую. Древние кристаллы циркона также свидетельствуют, что условия низких температур и высокого давления, характерные для зон субдукции, возникали более 4 миллиардов лет назад.

Когда Марк Харрисон, геохимик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, работал с коллегами с кристаллами циркона, выделенными из кварцитов Западной Австралии (самыми старыми цирконами в мире), обнаружилось, что некоторые зерна содержат крошечные включения других минералов. С помощью специально созданных инструментов они смогли проанализировать эти включения (обычно около одной десятитысячной сантиметра в поперечнике) и определить температуру и давление, при которых формировался каждый кристалл. Результаты оказались весьма неожиданными. Некоторые из очень старых цирконов возрастом 4–4,2 миллиарда лет образовались при давлениях, соответствующих глубинам 30–50 километров. Эта глубина не особенно велика (зона субдукции заходит и глубже), однако температура, полученная учеными на основании включений, была намного ниже, чем ожидалось для таких глубин, и соответствовала условиям в зоне субдукции. Кроме того, некоторые минеральные включения содержат воду, так что кажется, что еще четыре миллиарда лет назад во время катархейского эона холодный богатый водой поверхностный материал был затянут вглубь Земли — в зону формирования цирконов. Возможно, этот процесс не был субдукцией в том виде, в котором мы знаем ее сегодня, но это было какое-то аналогичное явление, при котором переплавлялась существующая кора.