Циркони, вивчені дослідницькою групою, сфотографовані за допомогою катодолюмінесценції, техніки, яка дозволила команді візуалізувати внутрішню частину кристалів за допомогою спеціального скануючого електронного мікроскопа. Темні кола на цирконах – це порожнини, залишені лазером, який використовувався для аналізу віку та хімічного складу цирконів. Вчені на чолі з Майклом Акерсоном, геологом-дослідником Смітсонівського національного музею природної історії, надають нові докази того, що сучасна тектоніка плит, визначальна риса Землі та її унікальна здатність підтримувати життя, виникла приблизно 3.6 мільярда років тому. Дослідження, опубліковане 14 травня в журналі Geochemical Perspective Letters, використовує циркони, найдавніші мінерали, коли-небудь знайдені на Землі, щоб заглянути в давнє минуле планети. Команда перевірила понад 3,500 цирконів, кожен з яких становить лише пару людських волосків, обробивши їх лазером, а потім вимірявши їхній хімічний склад за допомогою мас-спектрометра. Ці тести виявили вік і основну хімічну структуру кожного циркону. З тисяч протестованих, близько 200 були придатні для дослідження через руйнівні дії цих мінералів протягом мільярдів років з моменту їх створення. Авторство: Майкл Акерсон, Смітсонівський інститут
Найдавніші мінерали Землі датують початок тектоніки плит 3.6 мільярда років тому
Стародавні циркони з пагорбів Джек у західній Австралії відточують дату події, яка мала вирішальне значення для того, щоб зробити планету гостинною для життя.
Вчені на чолі з Майклом Акерсоном, геологом-дослідником Смітсонівського національного музею природної історії, надають нові докази того, що сучасна тектоніка плит, визначальна риса Землі та її унікальна здатність підтримувати життя, виникла приблизно 3.6 мільярда років тому.
Земля — єдина планета, на якій відомо складне життя, і ця здатність частково зумовлена іншою особливістю, яка робить планету унікальною: тектонікою плит. Жодне інше планетарне тіло, відоме науці, не має динамічної земної кори, яка розділена на континентальні плити, які рухаються, ламаються та стикаються одна з одною протягом еонів. Тектоніка плит забезпечує зв’язок між хімічним реактором усередині Землі та її поверхнею, що створило придатну для життя планету, якою сьогодні користуються люди, від кисню в атмосфері до концентрації вуглекислого газу, що регулює клімат. Але коли і як почалася тектоніка плит, залишається загадкою, похованою під мільярдами років геологічного часу.
Дослідження, опубліковане 14 травня 2021 року в журналі Geochemical Perspectives Letters, використовує циркони, найдавніші мінерали, знайдені на Землі, щоб зазирнути в давнє минуле планети.
Джек-Хіллс у Західній Австралії, де досліджувані циркони були взяті з 15 каменів розміром з грейпфрут, зібраних дослідницькою групою. Вчені на чолі з Майклом Акерсоном, геологом-дослідником Смітсонівського національного музею природної історії, надають нові докази того, що сучасна тектоніка плит, визначальна риса Землі та її унікальна здатність підтримувати життя, виникла приблизно 3.6 мільярда років тому. Дослідження, опубліковане 14 травня в журналі Geochemical Perspective Letters, використовує циркони, найдавніші мінерали, коли-небудь знайдені на Землі, щоб заглянути в давнє минуле планети. Авторство: Дастін Трейл, Рочестерський університет
Вік найстаріших цирконів у дослідженні, отриманих із пагорбів Джек у Західній Австралії, становив близько 4.3 мільярда років, що означає, що ці майже незнищувані мінерали утворилися, коли сама Земля була в зародковому стані, лише приблизно 200 мільйонів років. Разом з іншими стародавніми цирконами, зібраними з Джек-Хіллз, що охоплюють найдавнішу історію Землі до 3 мільярдів років тому, ці мінерали є найбільш близьким дослідникам до безперервного хімічного запису зароджуваного світу.
«Ми реконструюємо, як Земля змінилася з розплавленої кулі каменю та металу до того, що ми маємо сьогодні», — сказав Акерсон. «Жодна з інших планет не має ні континентів, ні рідких океанів, ні життя. У певному сенсі ми намагаємося відповісти на питання, чому Земля унікальна, і ми можемо певною мірою відповісти на це за допомогою цих цирконів».
Щоб заглянути в минуле Землі на мільярди років, Акерсон і дослідницька група зібрали 15 каменів розміром з грейпфрут з пагорбів Джек і перетворили їх на найдрібніші складові частини — мінерали — шляхом подрібнення в пісок за допомогою машини під назвою бурундук. На щастя, циркони дуже щільні, тому їх відносно легко відокремити від решти піску за допомогою техніки, подібної до промивання золота.
Тонкий полірований шматок скелі, зібраний із пагорбів Джек у Західній Австралії. За допомогою спеціального мікроскопа, оснащеного поляризаційною лінзою, дослідницька група змогла вивчити складну внутрішню структуру кварцу, який утворює породу, включаючи унікальні особливості, які дозволили їм ідентифікувати стародавні циркони (мінерал пурпурового кольору в центрі окресленого червоним контуром) вставне зображення на правій фотографії). Вчені на чолі з Майклом Акерсоном, геологом-дослідником Смітсонівського національного музею природної історії, надають нові докази того, що сучасна тектоніка плит, визначальна риса Землі та її унікальна здатність підтримувати життя, виникла приблизно 3.6 мільярда років тому. Дослідження, опубліковане 14 травня в журналі Geochemical Perspective Letters, використовує циркони, найдавніші мінерали, коли-небудь знайдені на Землі, щоб заглянути в давнє минуле планети. Щоб заглянути в минуле Землі на мільярди років, Акерсон і дослідницька група зібрали 15 каменів розміром з грейпфрут з пагорбів Джек і перетворили їх на найдрібніші складові частини — мінерали — шляхом подрібнення в пісок за допомогою машини під назвою бурундук. На щастя, циркони дуже щільні, тому їх відносно легко відокремити від решти піску за допомогою техніки, подібної до промивання золота. Авторство: Майкл Акерсон, Смітсонівський інститут
Команда перевірила понад 3,500 цирконів, кожен з яких становить лише пару людських волосків, обробивши їх лазером, а потім вимірявши їхній хімічний склад за допомогою мас-спектрометра. Ці тести виявили вік і основну хімічну структуру кожного циркону. З тисяч протестованих, близько 200 були придатні для дослідження через руйнівні дії цих мінералів протягом мільярдів років з моменту їх створення.
«Розкрити таємниці цих мінералів — непросте завдання», — сказав Акерсон. «Ми проаналізували тисячі цих кристалів, щоб отримати декілька корисних даних, але кожен зразок може розповісти нам щось абсолютно нове та змінити наше розуміння походження нашої планети».
Вік циркону можна визначити з високою точністю, оскільки кожен з них містить уран. Відома радіоактивна природа урану та добре кількісно визначена швидкість розпаду дозволяють вченим провести зворотний аналіз того, як довго існував цей мінерал.
Вміст алюмінію в кожному цирконі також цікавив дослідницьку групу. Випробування сучасних цирконів показують, що циркони з високим вмістом алюмінію можна отримати лише обмеженою кількістю способів, що дозволяє дослідникам використовувати наявність алюмінію, щоб зробити висновок про те, що могло відбуватися, з точки зору геології, у той час, коли утворився циркон.
Проаналізувавши результати сотень корисних цирконів із тисяч протестованих, Акерсон та його співавтори розшифрували помітне збільшення концентрації алюмінію приблизно 3.6 мільярда років тому.
«Ця композиційна зміна, ймовірно, знаменує собою початок тектоніки плит у сучасному стилі та потенційно може сигналізувати про появу життя на Землі», — сказав Акерсон. «Але нам потрібно буде провести набагато більше досліджень, щоб визначити зв’язок цього геологічного зсуву з походженням життя».
Лінія висновків, яка пов’язує високоалюмінієві циркони з початком динамічної кори з тектонікою плит, виглядає так: одним із небагатьох способів утворення високоалюмінієвих цирконів є плавлення гірських порід глибше під поверхнею Землі.
«Дійсно важко перетворити алюміній у циркони через їхні хімічні зв’язки», — сказав Акерсон. «Потрібні досить екстремальні геологічні умови».
Акерсон пояснює, що ця ознака того, що гірські породи плавляться глибше під поверхнею Землі, означає, що кора планети стає товщою та починає охолоджуватися, і що це потовщення земної кори є ознакою того, що перехід до сучасної тектоніки плит триває.
Попередні дослідження 4-мільярдного гнейсу Акаста на півночі Канади також свідчать про те, що земна кора потовщувалась і спричиняла танення гірських порід глибше всередині планети.
«Результати Acasta Gneiss дають нам більше впевненості в нашій інтерпретації цирконів Jack Hills», — сказав Акерсон. «Сьогодні ці місця розділені тисячами миль, але вони розповідають нам досить послідовну історію, яка полягає в тому, що приблизно 3.6 мільярда років тому відбувалося щось глобально значуще».
Ця робота є частиною нової ініціативи музею під назвою «Наша унікальна планета», яка є державно-приватним партнерством, яке підтримує дослідження деяких найбільш довготривалих і важливих питань про те, що робить Землю особливою. Інші дослідження вивчатимуть джерело рідких океанів Землі та те, як мінерали могли допомогти зародити життя.
Акерсон сказав, що він сподівається продовжити ці результати, досліджуючи стародавні циркони Джек-Хіллз на наявність слідів життя, а також дивлячись на інші дуже старі скельні утворення, щоб побачити, чи вони теж мають ознаки потовщення земної кори приблизно 3.6 мільярда років тому.
Довідка: «Поява перлюмінозних магм кори та наслідки для ранньої Землі» М. Р. Акерсона, Д. Трейла та Дж. Бюттнера, 14 травня 2021 р., Geochemical Perspectives Letters.
DOI: 10.7185/geochemlet.2114
Фінансування та підтримку цього дослідження надали Смітсонівський інститут і Національне управління з аеронавтики та дослідження космічного простору (NASA).
