Исторический форум: история России, всемирная история

Самая древняя земная кора образовалась при гравитационном перемешивании


Фотография кратона Пилбара в западной Австралии, сделанная со спутника
NASA

Австралийские геологи провели датировку горных пород кратонаПилбара — самого древнего из известных участков земной коры — и благодаря этому уточнили механизм его образования. Оказалось, что формирование этого кратона произошло примерно 3,4 миллиарда лет назад в результате нескольких циклов гравитационного перемешивания длительностью около 100 миллионов лет каждый,пишут ученые в Nature Geoscience.

Известно, что в архее — от двух с половиной до четырех миллиардов лет назад — процессы движения земной коры довольно сильно отличались от современных. Если сейчас литосферные плиты двигаются за счет тектонических процессов в основном горизонтально, погружаясь одна под другую в области субдукционных зон, то в архее температура на планете была слишком высокой, часть горных пород земной коры находилась в расплавленном состоянии, поэтому движение земной коры определялось другими процессами, в первую очередь вертикальным перемешиванием. Несмотря на то, что именно эти процессы привели привели к формированию современных литосферных плит, материальных свидетельств о геологических процессах, происходивших с литосферой в катархее и раннем архее, практически не сохранилось. Одним из немногих источников информации служат самые старыекратоны — стабильные участки земной коры с основанием, сформировавшимся в архее. Сейчас на Земле несколько таких участков, расположенных в Индии, Южной Африке и Западной Австралии.

Для уточнения механизмов формирования современной земной коры австралийские геологи под руководством Даниэля Ваймера (Daniel Wiemer) из Квинслендского технологического университета изучили состав кратона Пилбара в западной Австралии — одного из двух самых старых участков земной коры. Его возраст составляет от 3,6 до 3,4 миллиардов лет, и в его состав входит три типа горных пород — основные и ультраосновные породы с преобладающим содержанием железа и магния, которые вместе образуют зеленокаменный пояс, и кислые магматические породы на основе гранита. Эти три слоя формируют периодическую купольно-килевую (dome-and-keel) структуру, в которой одни участки сменяются другими.
 

Купольно-килевая структура кратона Пилбара. Желтым цветом обозначена кислая магматическая порода на основе гранита, которая формирует купола, зеленым цветом — зеленокаменный пояс, формирующий килевые образования
 

Предполагается, что к формированию такой структуры в раннем архее привел повторявшийся двухстадийный процесс вертикального перемешивания пород с длительностью одного цикла около 90–100 миллионов лет. Основным механизмом при этом считается развитие гидродинамической неустойчивости Рэлея—Тейлора, которая возникает на границе двух фаз разной плотности вследствие силы тяжести и разницы температур. В результате этого зеленокаменные породы протекают внутрь гранитных, формируя сначала отдельные «пальцеобразные» структуры, которые затем развиваются, сливаясь в более крупные устойчивые образования.
 


Процесс образования купольно-килевой структуры кратона Пилбара в результате гравитационного «перемешивания» горных пород различной температуры. На первой стадии процесса более холодные основные горные породы погружаются вглубь расплавленного гранита, потоки которого, наоборот, поднимаются наверх
 

Процесс образования купольно-килевой структуры кратона Пилбара в результате гравитационного «перемешивания» горных пород различной температуры. На в