Исследование было сосредоточено на изучении группы пород, собранных со дна моря. У них нашли необычные геохимические свойства, доказывающие, что они расплавились до экстремальной степени с очень низким уровнем окисления во время архейского эона (~2,5 млрд лет назад). Ученые узнали, что мантия Земли в целом сохранила стабильное состояние окисления с тех пор, как образовались эти породы. Новые данные разнятся с более ранними предположениями геологов, пишет SciTechDaily.
«Древние породы, которые мы изучали, в 10 000 раз менее окислены, чем типичные современные породы мантии. У нас есть доказательства того, что это связано со временем плавления: они расплавились глубоко в Земле во время архея, когда мантия была намного горячее, чем сегодня», — комментирует Элизабет Коттрелл, заведующая отделом минералогии музея, куратор Национальной коллекции горных пород и соавтор исследования.
Изучаемые породы были собраны в двух местах: хребет Гаккеля около Северного полюса и Юго-Западный Индийский хребет между Африкой и Антарктидой. Эти места — границы тектонических плит, которые движутся с низкой скоростью. Медленный темп означает, что с вулканической точки зрения они относительно спокойны по сравнению с более быстро распространяющимися хребтами, которые усеяны вулканами. Породы, собранные из этих мест, с большей вероятностью являются образцами самой мантии.
Когда ученые проанализировали мантийные породы, добытые в двух местах, они обнаружили странные общие химические свойства. Во-первых, породы были расплавлены в гораздо большей степени, чем это типично для мантии Земли сегодня. Во-вторых, породы были гораздо менее окислены, чем большинство других образцов мантии Земли.
Чтобы достичь такой высокой степени плавления, породы должны были расплавиться глубоко в Земле при очень высоких температурах. Единственный известный период геологической истории Земли, включающий такие высокие температуры, был между 2,5 и 4 млрд лет назад во время архейского эона. Так, ученые пришли к выводу, что мантийные породы могли расплавиться во время архейского эона, когда внутренняя часть планеты была на 200-300 °С горячее, чем сегодня.
Экстремально высокая температура помогла защитить породы от дальнейшего плавления, которое изменило бы их химический состав. Они циркулировали в мантии Земли в течение миллиардов лет, существенно не меняясь.
Ранее некоторые геологи интерпретировали мантийные породы с низким уровнем окисления как свидетельство того, что мантия архейской Земли была менее окислена и что посредством какого-то механизма она стала более окисленной с течением времени. Предложенные механизмы окисления включают постепенное увеличение уровня окисления из-за потери газов в космосе, рециркуляцию старого морского дна путем субдукции (то есть за счет процесса, при котором происходит погружение одних блоков земной коры под другие) и продолжающееся участие ядра Земли в геохимии мантии.
Результаты нового исследования показывают, что уровень окисления мантии Земли был в значительной степени стабильным в течение миллиардов лет. Кроме того, выводы ученых дают понять, что низкое окисление, наблюдаемое в некоторых образцах мантии, было создано в геологических условиях, которые планета больше не может производить, поскольку мантия Земли с тех пор сильно остыла.
Ранее ученые выяснили, что замедление течений в Мировом океане приведет к накоплению углекислого газа в атмосфере. Это очень опасная ситуация, которая грозит большими проблемами с климатом.