С помощью машинного обучения китайские ученые изучили состав древнейших цирконов. Эти минералы содержат сведения о геологических процессах, происходивших в глубине Земли. Результаты нового исследования позволяют предположить, что тектонические движения плит в литосфере начались в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, что значительно раньше предыдущих оценок.
Современные научные представления утверждают, что внешний вид Земли формируется процессами, происходящими в ее твердой оболочке — литосфере. Эта оболочка состоит из плит, которые перемещаются по горизонтали. При столкновении плиты деформируются, сминаются, прогибаются и могут погружаться друг под друга, уходя вглубь мантии.
Точная дата начала этого процесса остается неизвестной. Согласно последним оценкам, это произошло около 3,6 миллиарда лет назад — получена на основе анализа цирконов. Эти силикатные минералы хранят информацию о составе родительского магматического расплава, даже если позднее изначальные горные породы переработаны.
Обнаружение древнейших цирконов, возраст которых составляет 4,2 миллиарда лет, произошло в районе Джек-Хиллс, расположенном на западе Австралии. Этот период геологи называют катархейм. В то время Земля сохраняла очень высокую температуру, магма поднималась к поверхности, атмосфера отсутствовала, а тонкая кора планеты подвергалась бомбардировке кометами и астероидами.
Сохранившиеся горные породы представлены только цирконами, поскольку образцы катархея не сохранились. По химическому составу, как и граниты, они подразделяются на два типа: I и S. Цирконы первого типа сформировались из магматического расплава, происходящего из мантии, а цирконы второго типа образовались в условиях участия материала, поступившего с поверхности Земли, в основном осадочного происхождения. Следовательно, S-цирконы свидетельствуют о наличии континентов и химического выветривания, что указывает на наличие тектоники плит.
Некоторые эксперты выразили сомнения в существовании тектонических движений плит на ранних этапах развития Земли. Общепринято мнение, что данный процесс возник позднее, после того как земная кора остыла и утолщилась. Дискуссия на эту тему продолжается. Для ее разрешения необходимо проанализировать имеющиеся данные о составе обломочных цирконов и соотношении химических элементов в них.
Сотрудники Китайской академии наук в сотрудничестве с канадскими и американскими исследователями использовали для этого искусственный интеллект. Они обучили модель на 374 образцах обломочных цирконов, происхождение которых известно. Убедившись, что она точно определяет минералы обоих типов, исследователи применили ее для классификации 971 циркона катархейского возраста.
Ранее уже велись разработки классификаторов цирконов, однако, по мнению авторов новой работы, их модель обладает наибольшей точностью. Исследования показали, что более трети цирконов из Джек-Хиллс относятся к S-типу. Похожие пропорции были зафиксированы для минералов, недавно обнаруженных в песчаниках Грин-Сэндстоун в Южной Африке. Таким образом, это явление встречается чаще, чем предполагалось ранее.
«Авторы исследования пришли к выводу, что гранитные породы S-типа и связанные с ними осадочные отложения образовались на Земле не позднее 4,2 миллиарда лет назад.
Возраст гранитов S-типа, согласно наиболее ранним достоверным датировкам, составляет 3,55, а осадочных пород — 3,95 миллиарда лет. Однако, в рамках нового исследования, эти цифры были пересмотрены в сторону более ранних дат.
Исследователи зафиксировали, что около половины всех катархейских цирконов относятся к S-типу. При этом их пропорции изменяются с течением времени. По мнению ученых, это указывает на закономерность, связанную с образованием и разрушением суперконтинентов. В интервью Science Джун Коренага, геофизик из Йельского университета, также занимается моделированием процессов, связанных с началом движения тектонических плит, назвал это «чистой спекуляцией».
По мнению геохимика Криса Хоксворта из Бристольского университета, наличие субдукции, то есть погружения одной литосферной плиты под другую, в эпоху, насчитывающей более четырех миллиардов лет, не обязательно свидетельствует о том, что механизм тектоники плит начал функционировать в полном объеме. Как отметил исследователь, образование геологических структур, связанных с погружением коры в мантию, могло быть вызвано столкновением с крупным астероидом.
Несмотря на это, все больше появляется свидетельств, указывающих на более раннее начало движения литосферных плит. Новое научное исследование служит дополнительным подтверждением этой гипотезы».