Материковые континенты Земли могли родиться под большими горными хребтами, такими как Анды.
Новое исследование, сочетающее в себе таинственный недостающий микроэлемент, скалу 66-летней давности, сорванную древним вулканом, и базу данных всей химии горных пород, проанализированных учеными в прошлом веке, объясняет, почему у Земли есть континенты. Исследование, опубликованное 16 января в журнале Nature Communications, предполагает, что там, где рождаются горы, возникают и континенты.
«Это как головоломка», - сказал руководитель исследования Мин Тан, постдокторский исследователь геологии в Университете Райса в Хьюстоне. «В этой континентальной мозаике отсутствует часть, и, похоже, мы нашли ответ».
Недостающий кусок
Недостающим элементом является редкоземельный металл под названием ниобий. В среднем слое Земли, называемом мантией, а также в океанической коре (часть внешнего слоя планеты, покрытой морями), ниобий и другой редкоземельный элемент, тантал, обычно сосуществуют в согласованном соотношении. Танг говорит, что континентальная кора странная. Кора, которая составляет континенты, относительно низка в ниобии.
Случай с тем, что в континентальной коре пропал ниобий, десятилетиями вредил геологам. Танг охотился за ним в базе данных геохимии горных пород, которую ведет Институт Макса Планка в Германии. Он искал зоны субдукции, где кора измельчается в мантию и образуется магма. Эта магма, будучи охлажденной, может создавать континенты. Тан обнаружил, что ниобий не пропал во многих из этих зон субдукции. Но это было странно отсутствует в определенных горообразовательных регионах, таких как Анды.
Анды - это массивный горно-строительный регион, питаемый близлежащей тектоникой зоны субдукции. По словам Тана, когда океаническая кора у берегов Южной Америки хрустит под континентальной корой, поднимаются беспокойные Анды, и магма извергается из некоторых самых высоких вулканов на Земле.
Такие регионы, как Анды, которые образуются в зоне субдукции, известны как континентальные дуги, и они особенные, потому что кора там примерно в два раза толще, чем обычная континентальная кора, сказал Тан. К сожалению, химия горных пород на дне этой коры остается загадкой. На глубине почти 50 миль (80 километров) от поверхности эти камни недоступны.
Введите ксенолит
К счастью, горы Сьерра-Невада на западе Соединенных Штатов были таким же активным горно-строительным регионом, как сегодня Анды. Тан вместе с петрологом Райсского университета Син-Тай Ли и их коллегами проанализировали образец породы, которая образовалась около 66 миллионов лет назад и была выброшена на поверхность в результате извержения вулкана около 25 миллионов лет назад. Эта скала, названная ксенолитом, первоначально сформировалась глубоко в основании Сьерра-Невады, когда они были активной континентальной дугой - исследователи нашли скалу в Аризоне.
По словам Тан, этот камень «может быть очень хорошим, отличным аналогом глубокой коры под Андами».
Анализ показал, что ксенолит континентальной дуги содержал дополнительный ниобий. Тан и его коллеги обнаружили на континенте недостающий редкоземельный элемент: потерянный ниобий застрял на дне континентальных дуг.
Ниобий попадает в такую глубокую ловушку из-за уникальных условий под этими сверхтолстыми участками земной коры. По словам Тана, под континентальными дугами из-за толстой корки мантии находятся под высоким давлением. Под высоким давлением из магмы кристаллизуется титановый минерал, называемый рутил. Рутил попадает в ловушку большого количества ниобия, а не большого количества тантала. Он также очень плотный, поэтому он падает глубоко в земную кору, поскольку другие камни обращаются к поверхности.
По словам Тан, поскольку в континентальной коре отсутствует ниобий, он должен был образоваться в этих условиях континентальной дуги. А это значит, что такие места, как Анды, вероятно, сегодня содержат семена всех континентов на Земле.
«Каждый кусочек континента, на котором мы сейчас стоим, вероятно, начинал с этих процессов горообразования», - сказал Тан.
