Древние цирконы показали: тектоника плит началась 4 млрд лет назад

Группа учёных со всего мира, покопавшись в древнейших минералах, пришла к сенсационному выводу. Оказывается, гигантские плиты земной коры пришли в движение не через миллиард лет после формирования планеты, а практически сразу — спустя всего несколько сотен миллионов лет. Наша молодая Земля вовсе не была статичным раскалённым шаром.

«Земля была вполне пригодна для жизни», — заявляет геофизик Росс Митчелл, соавтор работы. По его словам, ранняя тектоника могла сыграть решающую роль в формировании первой суши и, кто знает, возможно, подтолкнула к зарождению первых живых организмов.

Исследование, изложенное в Proceedings of the National Academy of Sciences, переворачивает устоявшиеся представления. Раньше геологи были уверены: плиты начали двигаться около 3,5 миллиардов лет назад, когда планета наконец остыла и обзавелась твёрдой корой. Считалось, что процесс начался с погружения океанических плит в мантию, что вызвало вулканизм и рождение первых континентальных фрагментов.

Доказательством служили древнейшие породы возрастом как раз около 3,5 миллиардов лет. Но что, если мы просто не умели искать более ранние следы? Материалов от эпохи Катархея (4.5–4 млрд лет назад) почти не осталось. Выжили только самые стойкие кристаллы — цирконы. Самые древние из них, возрастом до 4.3 млрд лет, нашли в Австралии, в массиве Джек-Хиллз.

Цирконы — как капсулы времени. Они могут формироваться из магмы океанической коры, а могут — из осадочных пород суши, которые были смыты в океан, потом погрузились в мантию и снова выплыли на поверхность с новой магмой. Вот эти «вторичные» цирконы S-типа — и есть прямое свидетельство существования древних континентов и процесса субдукции, когда одна плита уходит под другую.

Как отличить один тип от другого? Учёные ищут в цирконах следы слюды или повышенное содержание определённых элементов — например, алюминия, который часто связан с выветриванием наземных пород. Но задача невероятно сложная: чем старше кристалл, тем туманнее его история.

Цирконы под цифровым микроскопом

Чтобы разгадать эту головоломку, команда Митчелла использовала современные вычислительные методы. Они создали обучающую модель на основе данных о химическом составе 374 цирконов с известным происхождением. Научив её распознавать закономерности, учёные применили алгоритм к 971 загадочному древнему циркону из Джек-Хиллз.

Результат ошеломил: более трети кристаллов оказались S-типа, а некоторым из них — целых 4.2 миллиарда лет! Более того, доля «континентальных» цирконов со временем менялась волнообразно, напоминая более поздние циклы сборки и распада суперконтинентов. Похоже, тектоническая машина работала в полную силу уже тогда.

«Это выглядит как многомерная задача классификации, идеально подходящая для таких методов анализа», — отмечает планетолог Роджер Фу, не участвовавший в исследовании.

Конечно, найдутся скептики. Геохимик Крис Хоксворт, например, допускает, что ранняя субдукция могла быть вызвана и чем-то экстраординарным, вроде удара гигантского астероида, а не полноценной тектоникой. Но версия с плитами выглядит самой убедительной.

И доказательств становится всё больше. Так, весной 2024 года другая группа исследователей обнаружила следы пресной воды в цирконах возрастом 4 миллиарда лет — ещё один намёк на существование континентов. Что дальше? Теперь нужны древние цирконы из других уголков планеты, помимо Австралии. История только начинается, и она, кажется, гораздо древнее и динамичнее, чем мы думали.