Първите континенти на Земята, известни като кратоните, са се появили от океана преди 3,3 милиарда и 3,2 милиарда години, сочи ново проучване.
Това променя предишните оценки за това, кога кратоните за първи път са се издигнали от водата, тъй като различни проучвания предполагаха, че появата на мащабни кратони се е случила преди около 2,5 милиарда години.
„Нямаше несигурност, че континентите отчасти стърчат от водата още преди 3,4 милиарда години“, каза Иля Биндеман, професор по геология в Университета на Орегон, който не е участвал в новото изследване. Това е така, защото учените са открили седиментни скали, образували се от счупени парчета от други скали, които са претърпели ерозия и изветряне, датирани от онази епоха. Такива седиментни скали могат да се образуват само след като сушата пробие повърхността на ранните земни океани.
Въпреки че геолозите знаеха, че поне част от кратоните трябва да са били разкрити преди повече от 3 милиарда години, точният момент и степента на тяхното възникване остават въпрос на дебат, каза Биндеман пред Live Science.
Авторите на изследването предполагат, че цели кратони, а не само малки участъци от земя, са се появили от океаните преди 3,3 милиарда години, въпреки че тогава на планетата е липсвала „тектоника на плочите в модерен стил“, необходима за издигането на тези плаващи парчета кора нагоре, каза той.
За новото проучване, публикувано на 8 ноември в списанието Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), авторите се отправиха към кратона Сингхбхум , разположен в Източна Индия.
Преди това в кратона са били открити „джобове“ от древни седиментни скали и екипът е искал да определи тяхната точна възраст и естеството на начина, по който са се образували, каза първият автор Приядарши Чоудхури, научен сътрудник след докторантура в Училището по Земята, атмосферата и околната среда на университета Монаш в Мелбърн, Австралия.
„Когато обединихме всички седиментни джобове заедно, открихме, че всички те се образуват едновременно“, в речна или плажна среда, каза Чоудхури пред Live Science. Това би означавало, че голяма част от кратона е била изложена на въздух и течаща вода едновременно. „Това беше моментът, когато разбрахме добре, че сме на път към нещо.“
Към днешна дата екипът изследва скалите за малки кристали, наречени циркони, които съдържат радиоактивния елемент уран. „Изваждаме цирконите от скалите – това е много досаден процес“, каза Чоудхури. „Можете да си представите, че намирането на циркони е като намирането на игла в купа сено“, защото цирконовите зърна са с размери само десетки микрони в диаметър, което ги прави подобни на много фин пясък.
След събиране на цирконите, екипът забива кристалите с лазер, за да разкрие химичния им състав, използвайки техника, наречена масспектрометрия. Уранът се разпада до олово с фиксирана скорост, така че чрез изследване на съотношението на уран към олово във всяка проба екипът може да определи възрастта на скалите; от това те изчислиха, че целият кратон е бил открит преди около 3,2 милиарда до 3,3 милиарда години.
Но кои сили са способствали кратона Сингхбхум да се издигне от водата? За да разберат това, авторите са взели проби от магмени скали от кратоните, което означава скали, образувани чрез кристализация на гореща магма; тези магмени скали лежат точно под седиментните скали в кратона, образувайки един вид „мазе“, каза Чоудхури.
Химическият състав на тези магмени скали кодира информация за налягането и температурата, при които те са се образували за първи път, каза той. Вземайки предвид тези химични състави, екипът изгради модел за пресъздаване на условията, които образуват скалите.
Моделът предполага, че преди около 3,5 милиарда до 3,2 милиарда години горещи струи магма под земната кора са причинили сгъстяване на части от кратона и обогатяване с плаващи, леки материали като силиций. Този процес оставя кратона „физически дебел и химически лек“ в сравнение с по-плътната скала, която го заобикаля и по този начин издига земната маса нагоре и извън водата, каза Чоудхури.
Други кратони съдържат седиментни скали с подобна възраст на кратона Сингхбхум в Индия, включително кратона Каапваал в Южна Африка и кратона Пилбара в Австралия. Въз основа на новото проучване е възможно тези кратони също да са се появили изцяло преди повече от 3 милиарда години, пишат авторите на изследването в своя доклад.
Но докато това цялостно възникване на континенти е възможно, остават няколко огромни въпроса относно този период от историята на Земята: колко точно земя е била открита и колко дълго тези земни масиви остават над водата? В този момент отговорите и на двата въпроса остават загадка, каза Чоудхури.
„Много скали, които биха могли да се появят, сега са потиснати“, което означава, че са се плъзнали под съседна част от кората и са били избутани в мантията отдолу, каза Биндеман. Като цяло, континенталната кора е по-малко подложена на субдукция, отколкото кората, намираща се под океана, но все пак може да бъде деформирана и повредена от различни сили, действащи върху и под кората.
Но дори ако някои кратони се потопят в морето малко след първата си поява над водата, те биха предизвикали значителни промени в повърхностния свят, отбеляза Чоудхури.
Например, първата поява на суша на Земята би дала старт на процеси като изветряне и ерозия, а те от своя страна ще пренесат елементи като фосфор в океана, осигурявайки ключови съставки за първите форми на живот на планетата. А именно, организмите, известни като цианобактерии или синьо-зелени водорасли, в крайна сметка ще дойдат да населят океаните и чрез фотосинтеза да въведат кислород в атмосферата, каза Чоудхури.
Преди кислородът да стане основен компонент на земната атмосфера, преди около 2,45 милиарда години, има доказателства за така наречения полъх на кислород, който се появява тук-там, каза Чоудхури. Този полъх, според него, може да е свързан с първата поява на кратони, тъй като малки реколти от цианобактерии може да са се появили близо до земните масиви и да са увеличили нивата на кислород.
В същото време изветряването на материали като силициев диоксид на сушата би изтеглило въглеродния диоксид от атмосферата, охлаждайки планетата в регионален мащаб, казва той. Този страничен ефект от атмосферния силициев диоксид е добре известен; в днешно време изветряването на силикатните скали извлича приблизително 150 милиона до 330 милиона тона въглероден диоксид от атмосферата всяка година.
По отношение на това кога и как кратоните са се появили напълно, „дебатът вероятно ще продължи“, каза Биндеман. На теория откриването на нови кратони ще помогне да се уреди въпросът веднъж завинаги, добави той.
„Всеки продължава да изучава местности, които са отдавна известни“, но неоткритите разкрития може да лежат в неизследвани региони на Антарктида или Русия и намирането им може да помогне за запълването на глобалната картина за това кога и как са се появили първите континенти на Земята, каза Биндеман.
