Вулкан у Мадагаскара изверг остатки первобытного магматического океана Земли

Фото из открытых источников

Подводный вулкан у побережья Мадагаскара извергает химические следы материала из первобытного магматического океана, существовавшего в первые 100 миллионов лет истории Земли. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature.

Ученые в целом предполагают, что мантия Земли — толстый слой горячих пород под земной корой — неуклонно перемешивалась более 4 миллиардов лет, постепенно стирая большую часть химических следов самой ранней истории планеты.

«Это многое изменит в науках о Земле, потому что теперь у нас есть доказательства того, что материалы, датируемые 4,5 миллиардами лет назад — с самого начала истории Земли — все еще существуют в достаточном количестве, чтобы их можно было отобрать в вулкане», — говорит Катрин Шовель из Французского национального центра научных исследований (CNRS) в Париже.

В гадейском эоне объект размером с Марс столкнулся с Землей, отколов обломки, которые, по мнению ученых, позже образовали Луну. Удар нагрел молодую планету настолько сильно, что она оказалась покрыта глобальным магматическим океаном. В течение следующих нескольких миллионов лет расплавленная порода остыла и кристаллизовалась, и над мантией начала формироваться самая ранняя кора.

Некоторые ученые подозревали, что следы этой первичной кристаллизации сохранились в мантии Земли, но им не хватало аналитической точности, чтобы это доказать, говорит Шовель.

В мае 2018 года необычная серия землетрясений у французского острова Майотта, расположенного между Мадагаскаром и Мозамбиком, привела ученых к открытию нового вулкана примерно в 50 километрах восточнее, названного Фани Маоре. Извержения в течение следующих трех лет выкачали столько магмы из-под Майотты, что она опустилась примерно на 20 сантиметров.

Шовель с коллегами взяли образцы вулканических пород с Фани Маоре и близлежащей Майотты, чтобы сравнить химический состав нового вулкана с химическим составом более старой вулканической системы. Они объединились с Клодин Израэль из Кембриджского университета для дальнейших исследований, используя недавно разработанную сверхточную методику измерения мельчайших различий в изотопах неодима. По словам Израэль, такие изотопы сохраняют химическую летопись того, как кристаллизовался первичный магматический океан Земли по мере охлаждения молодой планеты.

Команда обнаружила, что по сравнению с лавой Майотты, лава Фани Маоре имеет несколько более высокое соотношение неодима-142 к неодиму-144. Это более высокое соотношение, вероятно, отражает наличие участка древней мантии, избежавшего многомиллиардного перемешивания и все еще относительно богатого бриджманитом — минералом, который, как считается, был одним из первых, кристаллизовавшихся из первичных магматических океанов Земли.

«Всегда интересно найти то, что ты ищешь, — и что никто еще не нашел», — говорит Шовель.

Результаты исследований позволяют предположить, что мантия Земли, возможно, никогда не была так тщательно перемешана, как предполагали многие геологи. Это может помочь ученым реконструировать процесс затвердевания первобытного магматического океана Земли, говорит Израиль.

«Впервые мы экспериментально показали, как мантия кристаллизовалась из магматического океана и как эта кристаллизация создала химическую неоднородность с самого начала», — говорит Шовель.

Новые результаты предоставляют убедительные доказательства того, что мантия Земли до сих пор сохраняет чрезвычайно древний материал, говорит Тим Джонсон из Университета Кертина в Перте, Австралия. «Это кажется захватывающим достижением», — говорит он.

«Для того чтобы такая методика заработала должным образом, требуется огромная работа, и, похоже, им это удалось», — говорит Бернар Бурдон из CNRS в Лионе.

Исследование предлагает беспрецедентный взгляд на период истории Земли, для которого почти не сохранилось прямых свидетельств, добавляет он. «Это немного похоже на обнаружение образца земного ядра, который каким-то образом добрался до поверхности», — говорит Бурдон.

Для Ричарда Карлсона из Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия, сама по себе точность результатов заслуживает внимания. «Любой, кто имеет опыт подобных измерений, признает это крупным достижением», — говорит он.