Первый континент

Откуда взялась земля, по которой мы ходим? Мы, люди, склонны считать землю чем-то само собой разумеющимся, несмотря на то, что даже сегодня она покрывает лишь около трети земной поверхности. Более того, земля в значительной степени двумерна. За исключением крошечных роющих зверьков, большая часть нашей деятельности происходит на поверхности. Океан, с другой стороны, имеет огромное третье измерение, в котором обитают различные виды существ. «Как неуместно называть эту планету Землей, — написал однажды писатель-фантаст Артур Кларк, — когда ее совершенно точно следует называть Океаном».

Как бы то ни было, у нас есть земля. И мы считаем само собой разумеющимся, что эта земля всегда существовала на Земле, хотя и в другом виде, с другим климатом и населенной другими существами.

Геология говорит нам, что даже это было не так.

Мы живем во время земли, но когда-то на Земле не было земли. Как произошел переход, остается загадкой, но, глядя на состав существующих минералов, мы можем многое сказать об образовании континентов.

Возможно, двигаясь в обратном направлении, мы сможем узнать правду о самом первом континенте.

Земля, говоря геологическим языком, может быть разделена на четыре части. Есть поверхностный слой, называемый корой. Если бы Земля была яблоком, корка была бы толщиной с кожуру. Мы ходим по земной коре, из нее состоят все континенты и морское дно. Под земной корой находится слой, известный как мантия. Этот слой имеет глубину в тысячи километров и составляет 84% объема Земли. Считается, что он твердый, но в геологическом масштабе времени он ведет себя как очень вязкая жидкость, вроде карамели. Под ним находится жидкое внешнее ядро, а под ним — твердый каменный шар, известный как внутреннее ядро.

Континенты, по определению, представляют собой большие массы земли на земной коре, разделенные жидкостью, похожей на воду. Согласно этому определению, Земля — единственная известная планета, имеющая континенты. Хотя у планет, подобных Марсу, в прошлом могли быть похожие массивы суши, поскольку на Марсе нет жидкой воды, Земля — единственная планета с континентами.

В прошлом веке Альфред Вегенер предложил теорию континентального дрейфа, согласно которой Земля когда-то имела единый континент, который со временем дрейфовал, образуя семь континентов, которые мы знаем сегодня. Эта теория была принята сегодня как факт.

Одно простое подтверждение теории Вегенера можно увидеть, изучив сходство окаменелостей на разных участках суши сегодня. Для тех, кто сомневается, обратите внимание, как красиво восточное побережье Южной Америки совпадает с западным побережьем Африки.

Земля образовалась 4,6 миллиарда лет назад (это 4 600 000 000 лет!). Эпоха от 4,6 до 4 миллиардов лет назад называется Гадейским эоном, по имени Аида, греческого бога ада. Ученые ранее считали, что Земля возникла как огненный шар, и со временем внешняя поверхность остыла, сформировав землю, которую мы знаем сегодня. Однако теперь мы знаем, что Земля была покрыта водой до образования первых континентов.

Это открытие было сделано благодаря минералу циркону.

Кристаллы циркона или ZrSiO4 обладают особым свойством. Однажды сформировавшись, они сохраняются, даже если их материнская порода полностью разрушена, они практически неразрушимы. Дополнительным бонусом является то, что они не очень редки.

Возраст этих минералов также можно легко определить, изучив их уран-свинцовый состав. Кристаллы циркона включают атомы урана и тория (оба наиболее известны как ядерное топливо). Однако эти же кристаллы при формировании отторгают атомы свинца.

Со временем нестабильный уран превращается в свинец в результате радиоактивного распада, а это значит, что вы можете измерить соотношение урана и свинца, чтобы выяснить, сколько лет кристаллу. Молодой кристалл будет иметь более высокую долю урана, тогда как в более старом относительно более высокая доля урана уже превратилась бы в свинец.

Более важным является тот факт, что кристаллы циркона раскрывают информацию об окружающей среде, в которой они образовались. Об этом можно судить по соотношению изотопов кислорода.

Кислород имеет два стабильных изотопа: ¹⁸O и ¹⁶O. ¹⁸O с двумя дополнительными атомами тяжелее, чем ¹⁶O.

Когда идет дождь, молекулы воды, состоящие из ¹⁸O, конденсируются легче, чем их более легкие аналоги. И когда происходит испарение, молекулы ¹⁶O уходят первыми, оставляя молекулы ¹⁸O позади. Таким образом, мы можем вполне обоснованно предположить, что уровни ¹⁶O в океанах были выше в более теплые периоды, а ¹⁸O преобладали в более прохладные и дождливые периоды.

Именно в таких пропорциях атомы кислорода захватываются кристаллами циркона, образуя капсулу времени или снимок химического состава времени. Глядя на цирконы, мы можем сказать, когда они образовались, и температуру в то время.

И с этой информацией мы можем сделать вывод, как именно образовались эти кристаллы циркона.

В мантии Земли соотношение изотопов кислорода всегда около 5,3. Небольшое примечание: это не означает, что ¹⁸O в 5,3 раза больше, чем ¹⁶O. Официальное название этой величины — δ¹⁸O или «дельта-O-18», где «дельта» означает «отличие от морской воды». Итак, если мы сравним соотношение здесь с соотношением в океанской воде, разница составит 5,3.

Если значение дельта-O-18 находится в диапазоне от 0 до 5,3, это означает, что произошло обширное взаимодействие магмы с высокотемпературной водой, прежде чем она затвердела и превратилась в породу. (Естественно, значение дельта-O-18 для океанской воды равно нулю, так как это то, с чем мы сравниваем все остальное)

Если дельта-О-18 больше 5,3, это означает, что магма взаимодействовала с горными породами на поверхности земли , а не с ее водой. Эти поверхностные породы ранее взаимодействовали с дождевой или океанской водой. Как упоминалось ранее, дождевая вода содержит больше более тяжелого ¹⁶O. Это означает, что в породах его тоже было бы больше, и, погребенные и расплавленные в магму, сохранили бы ту более высокую ценность, которая в конечном итоге передалась бы нашим цирконам-капсулам времени во время кристаллизации.

Самые старые цирконы имеют дельта-О-18 около 7,4. Это означает, что вода должна была в изобилии присутствовать на поверхности Земли в эпоху Гадея. Как это могло быть? В конце концов, это был период времени, известный своим адским огнем и вулканами.

Геологи задумались над проблемой и пришли к наиболее правдоподобному ответу: вода, вероятно, попала на Землю из космоса. Эпоха Гадея была суровым периодом для поверхности Земли, подвергшейся сильной бомбардировке космическими метеоритами. Мы знаем это, потому что земля на Луне показывает, что эти метеоритные удары были регулярными до 3,5 миллиардов лет назад: остатки этих ударов можно наблюдать сегодня в виде кратеров на Луне.

Если поверхность Земли почти полностью была покрыта водой, то как образовались первые устойчивые континентальные ядра? Почему образовавшаяся земля не погрузилась в магму?

В новом исследовании, проведенном ранее в этом году, исследователи из трех институтов — Кертинского университета, Геологической службы Западной Австралии и Мэрилендского университета США — собрались вместе, чтобы исследовать древнее прошлое земли. Они сделали это, изучив самый старый в мире открытый массив суши: австралийский кратон Пилбара.

Кратон — старая и стабильная часть континента. Это означает, что они постоянно оставались на поверхности в течение миллионов лет. Кратон Пилбара является одним из нескольких континентальных остатков архейской эпохи, возраст которых составляет от 4,0 до 2,5 миллиардов лет назад. Следуя по пятам эпохи Гадея, это было примерно в то время, когда частота падения метеоритов на Землю снижалась.

Изучая возраст цирконов в породах и значения дельта-O-18 внутри, исследователи пришли к выводу, что существовало три этапа формирования этого кратона. Далее следует интересный анализ.

Цирконы первой стадии можно разделить на две группы: те, у которых значения дельта-О-18 аналогичны значениям мантии, непосредственно под земной корой; и те, чей кислородный состав требует очень поверхностного процесса. На втором этапе дельта-О-18 соответствует мантии. И, наконец, цирконы из третьей стадии имеют значения дельта-О-18, требующие взаимодействия с поверхностными материалами.

Как видите, кажется, что цирконы сначала образовались у поверхности и постепенно начали формироваться глубже. Но так ли это было на самом деле? Исследователи, изучив различные составы горных пород, предполагают иное.

Сначала (думают исследователи) произошел метеоритный взрыв. Крупный объект врезался в водную поверхность Земли — обычное явление в прошлом, но на этот раз удар вызвал длительное воздействие горячей воды на магму, и под «длительным» я подразумеваю несколько миллионов лет. Само столкновение должно было сформировать породы, богатые магнием, поблизости, а породы, богатые железом, образовались немного дальше. Между тем, сочетание магмы и горячей воды вызвало условия, очень похожие на те, что наблюдаются в подмантии: настолько, что даже соотношение изотопов кислорода было аналогичным.

В течение следующих сотен миллионов лет более тяжелые материалы погрузились в мантию, а более легкие магмы вышли на поверхность. Это разделение позволило более легкому слою быть плавучим и оставаться на плаву… в конечном итоге образовав «корку», с которой мы знакомы сегодня.

Цирконы второй стадии относятся к периоду стабилизации земной коры. Магма из мантии распространяется вокруг основания коры, поэтому цирконы второй стадии в основном имеют значения дельта-O-18, аналогичные найденным в мантии.

Наконец, на третьем этапе цирконы имеют надмантийные отношения. Это говорит о том, что над основной корой было довольно много породы, которая была включена в магму ниже.

Кратон Пилбара рассказывает интересную историю, но что более важно, так это то, что с ней согласны другие кратоны. Геологи говорят, что ту же закономерность, что наблюдалась здесь, можно обнаружить и в других кратонах. По сути, это означает, что взрывы метеоритов были ответственны за стабилизацию первой земли на Земле; что каждый континент, принадлежащий этой планете, стал возможен благодаря тому, что гигантские космические камни врезались в ее поверхность.

Мы понимаем метеоры как разрушительную силу. Они всегда изображаются как катастрофа конца света. Метеоры вызывают взрывы; метеоры убили динозавров; метеороид был причиной того, что все не хотели смотреть вверх .

Это мнение частично верно, но кратоны говорят нам, что метеоры — это гораздо больше. Как и всякая природная сила, они одновременно и созидатели, и разрушители; они могут разрушить землю, к которой мы привыкли, но прежде чем жаловаться на метеоры, мы должны помнить следующее: возможно, именно они дали нам землю, на которой мы живем.

Платите меньше, чтобы сделать нашу печатную версию дешевле! Больше подписчиков означает, что мы можем сократить наши расходы на печать, делая Snipette Analog дешевле для всех. Так что, если вы готовы внести небольшую сумму денег, мы подождем, пока соберем достаточно залогов, а затем начнем печатать! Узнайте больше и добавьте свое обещание здесь