Жизнь на Земле возможна из-за ее уникального рельефа: континенты возвышаются над океаном, разделяя планету на сушу и море. Но сегодня мало известно о том, что стало причиной возникновения этих высоких кусков суши и наделило их особыми свойствами. Действительно, континентальная кора сильно отличается от океанической. Основное их различие заключается в химическом составе: континентальная кора содержит намного меньше железа, при этом является куда более окисленной, в отличие от океанической. Из-за низкого содержания железа континентальная кора менее плотная, чем океаническая, поэтому при их пересечении океаническая кора всегда погружается под континентальную. При этом формируется так называемая зона субдукции, над которой образуется островная дуга — строительный блок для нового континента. В современности островные дуги — это, например, Курильские и Алеутские острова. Островные дуги могут объединяться в комплексы и образовывать микроконтиненты, такие как Японские острова.
В 2018 году было предложено ныне популярное в геологии объяснение, что химический состав континентальной коры является результатом кристаллизации минерального граната. В нем кристаллизация граната в магмах под дугами в зоне субдукции удаляет неокисленное (восстановленное) железо из плит, одновременно обедняя расплавленную магму железом и делая ее более окисленной. Эта модель образования континентальной коры ни разу не проверялась экспериментально.
Чтобы проверить эту гипотезу, американские ученые воссоздали в лаборатории условия, необходимые для процесса создания континентальной коры. «Чтобы сделать гранат стабильным, нужно высокое давление. И вы можете найти магму с низким содержанием железа в местах, где кора не такая толстая и поэтому давление не очень высокое», — рассказала Элизабет Коттрелл из Смитсоновского института.
Чтобы воссоздать огромные давления и температуры под вулканами континентальных дуг, ученые взяли крошечные образцы горных пород размером около кубического миллиметра и приложили к ним гидравлический пресс из стали и карбида вольфрама. Образцы геологи окружили электрическими и тепловыми изоляторами и поместили в цилиндрическую печь. Эта комбинация позволила реконструировать условия, характерные для вулканов. Давление, использованное в экспериментах, варьировалось от 1,5 до 3 гигапаскалей, а температура колебалась от 950 до 1230 °C.
В этих условиях ученые вырастили несколько образцов граната и проанализировали концентрацию окисленного и неокисленного железа в них с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии. Результаты показали, что выращенные гранаты не содержали достаточных количеств форм железа для того, чтобы объяснить концентрацию кислого железа в магмах. «Эти результаты делают модель кристаллизации граната крайне маловероятным объяснением того, почему магмы из континентальных дуг окисляются и обедняются железом. Более вероятно, что условия в мантии Земли под континентальной корой создают эти условия», — подытожила Элизабет Коттрелл.
Пока что это исследование задает больше вопросов, чем дает ответов. Однако это большой шаг к тому, чтобы выяснить настоящие причины существования континентов в таком виде, в каком они представлены сегодня.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
