21.02.2014 | Наука

Древнейшая зона субдукции приоткрыла тайны зарождения жизни

Путешествие в Марианскую впадину, самую глубокую расщелину в поверхности Земли, показало, как самая большая из литосферных плит −Тихоокеанская, уходит вглубь планеты, где перерабатывается обратно в мантию.

Процесс переделки "корки" планеты в жидкую составляющую, окружающую ядро, называется субдукцией. В нём нет ничего нового для учёных. А вот то, когда именно этот процесс начался − давний предмет горячих споров в научном сообществе. Новое исследование может положить конец таким дискуссиям: американские и австралийские учёные обнаружили массивы лавы возрастом в 4,4 миллиарда лет, которые, предположительно, являются остатками первой зоны субдукции на Земле. Если предположения верны, установленный период знаменует начало тектоники плит и, как следствие, некоторых других геологических процессов, важных для окружающей срезы и жизни на Земле.

В 2008 году учёные, изучавшие древние лавы в северном Квебеке, известные как зеленокаменный пояс Нуввуагиттук (Nuvvuagittuq greenstone belt), обнаружили, что они имеют те же геохимические характеристики, что и лавы из современных зон субдукции (например, из той же Марианской впадины). Это означает, что они, должно быть, смешались с солёными жидкостями, выделяющимися в зонах субдукции и только там. Геохимия этих пород − почти как отпечаток пальцев, позволяющий идентифицировать лавы зон субдукции.

Геологи Трейси Рашмер (Tracy Rushmer) и Саймон Тёрнер (Simon Turner) из Маккуорийского университета в Сиднее, Австралия, решили получше присмотреться к этим породам. Они и их коллеги заметили чёткую химическую картину слоёв в лаве, создающую уникальную последовательность пород. Учёные думали, что эта последовательность может быть похожа на лавовые последовательности, образовавшиеся в современных зонах субдукции. Геолог Марк Рейган (Mark Reagan) из американского университета штата Айова, который пять раз спускался в Марианскую впадину на глубину в 6500 метров, подтвердил подозрения Рашмер и Тёрнера.

"Вся последовательность слоёв похожа на то, что Марк видел в Марианской впадине, – говорит Рашмер. – Каждый слой породы в последовательностях лавы Марианской впадины и лавы Нуввуагиттука – это определённый этап рождения зоны субдукции".

Ключ к пониманию этого процесса заключается в том, как именно породы и их химия меняются с каждым последующим слоем. Когда океаническая плита опускается, лавы поднимаются и наслаиваются поверх друг друга, формируя слои магматических пород.

С увеличением глубины, температура и давление начинают выдавливать различные элементы из плит в виде жидких соединений. Эти "жидкости" со временем изменяют химический состав лавы, обогащая её редкоземельными элементами вроде иттербия, и в то же время вымывая ниобий.

Первый слой последовательности извергается прежде, чем жидкие соединения могут выйти из плиты, а вот следующий уже получает достаточно жидкости для появления химических признаков, характерных для зон субдукции. Последний же слой несёт огромные концентрации редкоземельных элементов и очень мало ниобия, что развеивает любые сомнения в том, что это лава зоны субдукции.

Учёные поняли, что не только обе породы обладают одинаковыми геохимическими признаками. Оказалось, что каменные породы также меняются схожим образом. Этот вывод укрепил теорию о том, что зеленокаменный пояс Нуввуагиттук является древней зоной субдукции.

Однако скептики оспоривают выводы исследовательской команды. Например, геохимик Джулиан Пирс (Julian Pearce) из Кардиффского университета в Великобритании считает, что зеленокаменный пояс Нуввуагиттука слишком стар и его химические характеристики были изменены в ходе столь долгого времени. По его мнению, доказательства были бы убедительны в том случае, если бы породы были молодыми, не до конца сформированными.

Участники дискуссии сходятся в одном: зоны субдукции были способны создать условия, пригодные для возникновения жизни. Жидкость из двигающейся коры способна трансформировать породы в минерал серпентин и спровоцировать появление горячих источников на дне океана. Серпентин является источником энергии, которая была необходима для зарождения ранней жизни.

Кроме того, немаловажную роль источники "жидкости" играют в стабилизации молекулы РНК, которая, действуя как катализатор, помогает другим молекулам объединяться и самовоспроизводиться. (Стабилизатором для РНК становится бор, которого в избытке в подобных источниках.) Так что даже Пирс признаёт, что открытие самой древней зоны субдукции вполне может быть приравнено к обнаружению первого места зарождения жизни на Земле.

Подробности исследования были опубликованы в журнале Geology.

По публикациям UkrNet