Что рассказал об истории нашей планеты самый древний на Земле минерал, которому около 4,4, млрд. лет

Сюрприз из Австралии

Цирконы – самые древние из известных науке материалов на нашей планете. Поскольку этот минерал очень устойчив к химическим изменениям, в науке он является «золотым стандартом» для определения возраста древних горных пород. Так вот небольшой кусок циркона, извлеченный из скального образования в регионе Джек Хиллс в Австралии, имеет возраст 4,375 млрд. лет (плюс-минус 6 млн.). Именно тогда у найденного минерала произошла кристаллизация.

Скалы Джек Хиллс в Австралии. Фото: eurekalert.org

Этот образец подтвердил гипотезу о том, что земная кора впервые сформировалась не менее 4,4 миллиардов лет назад, когда нашей планете было всего лишь 160 миллионов лет. Это сходится с гипотезой о «холодной ранней Земле»: температуры на нашей планете тогда были достаточно низкими для того, чтобы вода, океаны и вообще гидросфера (водная оболочка Земли) имели жидкое состояние.

Фото местности, в которой была обнаружена горная порода, сделанное ученым. /Фото: Джон Вэлли, Висконсинский университет/livescience.com

Самый древний в мире кристалл представил 10 лет назад научной общественности ведущий автор этого исследования, профессор Висконсинского университета в Мэдисоне Джон Вэлли, и результаты его работы были опубликованы во всех научных журналах. Подтверждено, что микроскопический кристалл циркона, использованный профессором Вэлли в этом исследовании, является старейшим из известных материалов любого вида, образовавшихся на Земле.

Катодолюминесцентное изображение циркона и трехмерная карта, полученная методом атомно-зондовой томографии. /Фото: Джон Вэлли, Висконсинский университет

Исследование проводилось с помощью новой методики – атомно-зондовой томографии. В сочетании с другим исследованием – масс-спектрометрией вторичных ионов – она позволила ученым точно установить возраст и термическую историю циркона путем определения массы отдельных атомов свинца в образце. Ученые обнаружили, что скопления атомов свинца образовались через 1 миллиард лет после кристаллизации циркона (к этому времени в результате радиоактивного распада урана образовались атомы свинца, которые затем рассеялись в скопления при повторном нагревании).

Что произошло 4,5 млрд. лет назад

Ученым известно, что наша планета по сути была собрана из большого количества разнородного материала Солнечной системы. Ранняя Земля подверглась интенсивной бомбардировке метеоритами, включая столкновение с объектом размером с Марс около 4,5 миллиардов лет назад. Эта мегакатастрофа сформировала Луну, расплавила и гомогенизировала Землю. Цирконы образовались после охлаждения океанов магмы, и он доказывают, что эти события были очень ранними.

Земля несколько миллиардов лет назад и сейчас. /Фото:evo-poeziya.ru

«Мы доказали, что химическим данным внутри этих цирконов можно доверять», – сказал Джон Вэлли.

Подтверждение возраста циркона имеет огромное значение для моделей ранней Земли. Микроэлементы в древнейших цирконах из австралийского хребта Джек Хиллз позволяют предположить, что они произошли из богатых водой, похожих на гранит пород – таких как гранодиорит или тоналит. Эта гипотеза уже была представлена в других исследованиях. И это означает, что Земля остыла достаточно быстро для образования поверхностных вод и пород континентального типа всего через 100 миллионов лет после массивного столкновения, которое сформировало систему Земля-Луна.

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Где находятся 5 самых глубоких морей на Земле, и Почему именно там такая чудовищная глубина

Геологи тщательно рассортировали более 100 000 микроскопических цирконов Джека Хиллса, которые датируются ранними эпохами Земли (от 3 млрд. до почти 4,4 млрд. лет назад). Они выяснили, что кристаллы содержат микроскопические включения, в частности, пузырьки газа, которые открыли современной науке уникальное окно в супердревние времена. На их основе можно предположить, какими были условия на Земле в тот период, когда зарождалась жизнь и формировались первые континенты.

История нашей планеты (хронология). /Фото: Эндрю Вэлли/ sci.news

Как зародились континенты

В дальнейшем на основе исследования австралийского циркона ученые определили, когда на нашей планете началась тектоника плит (блоков земной коры). Согласно доказательствам, представленным американскими геологами, горизонтальные перемещения плит по поверхности Земли начались 3,6 миллиарда лет назад. Именно тогда в составе исследуемых минералов магматического происхождения появился алюминий, который является типичным элементом континентальной земной коры. В этот период осадочный материал с поверхности нашей планеты начал затягиваться в мантию, и причиной этому могла быть только тектоника плит, при которой один из блоков земной коры начал заходить под другой (этот процесс называется субдукцией).

Миллиарды лет на планете шла тектоника плит. /Фото:wikipedia.org/@NikitaKovtunSlyudyanka

Благодаря результатам этого исследования ученые восстановили хронологию становления главного тектонического механизма на Земле.

Итак, 4 миллиарда лет назад начались первые горизонтальные движения микроплит. Затем эти блоки стали собираться в более крупные образования, называемые проконтинентами, а на их стыках, соответственно образовались первые горные хребты (аккреционные орогены). 3,6 млрд лет назад, как уже было сказано, поверхностный материал начал затягиваться в мантию. Стали появляться первые крупные континенты. И только 2,7–2,5 млрд. лет назад, после их образования, начался уже полномасштабный процесс движения плит. Он не прекращается и по сей день, проявляясь в виде землетрясений.

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: О чем рассказали учёным 30 египетских мумий и другие важнейшие археологические находки последнего десятилетия

Сколько всё-таки лет Земле и Вселенной

До так называемого радиометрического датирования о возрасте Земли люди могли только догадываться. Так, некоторые религиозные люди в старые времена считали, что нашей планете несколько тысяч лет – об этом они судили на основе Библии, подсчитав всех, кто был рожден со времен Адама. Но в конце XIX века физик лорд Кельвин дал еще одну приблизительную оценку возраста Земли – 100 миллионов лет. Он защищал свою теорию на протяжении всей своей жизни и даже оспаривал объяснения эволюции Дарвина как невозможные в тот период времени.

В том же конце XIX века Мария Кюри открыла явление радиоактивности, при котором нестабильные атомы теряют энергию или распадаются, испуская излучение в виде частиц или электромагнитных волн. А еще через несколько лет, в 1904-м, физик Эрнест Резерфорд показал, что этот процесс распада можно использовать как часы для датировки старых горных пород.

Более поздние по возрасту образцы (им 4 млрд. лет) : Лунный камень, собранный во время миссии Аполлон-14 (слева), и найденная в Канаде горная порода гнейс (справа).

Английский ученый-геолог первой половины прошлого века Артур Холмс разработал методику датирования горных пород с использованием уран-свинцового метода. Применив этот метод к древнему старому камню, который был у него в распоряжении, он предположил, что возраст Земли составляет, как минимум, 1,6 миллиарда лет. В 1920-х годах ученые уже заговорили о том, что нашей планете около 3 миллиардов лет. Причем самым забавным было то, что возраст самой Вселенной на тот момент официально оценивался в 1,8 миллиарда лет. К слову, только в 1950-х ученые пересмотрели возраст Вселенной, сделав её более древней, чем Землю (4,56 миллиарда лет).

Наиболее приближенной оценкой возраста Земли стало радиометрическое датирование фрагментов железного метеорита Каньон Диабло, упавшего 20-40 тыс. лет назад в Аризоне. В 1953 году исследователь Клэр Паттерсон, измерив соотношения изотопов свинца в образцах метеорита оценил возраст Земли в 4,550 млрд лет. По его фрагментам ученым удалось рассчитать относительное содержание элементов, образовавшихся при распаде радиоактивного урана в течение миллиардов лет.

Метеорит Каньон Диабло/Фото: wikipedia.org

Возраст же Вселенной (по крайней мере, в ее последнем воплощении) в настоящее время оценивается 13,7 миллиарда лет.

Прошлое Земли более или менее понятно, и уточнения требует лишь временная хронология событий, но вот по поводу будущего можно лишь строить гипотезы. Если вам интересно узнать, как видят дальнейшее развитие планеты ученые, прочитайте материал о том, Почему может исчезнуть Тихий океан, и Как будет выглядеть Земля после «миграции континентов».

Текст: Анна Белова

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми: