Следы жизни в глубокой мантии Земли


Кимберлиты-сложные породы, пришедшие на поверхность Земли с больших глубин. На снимке показан тонкий срез богатого карбонатами кимберлита. фото: David Swart / Messengers of the Mantle Exhibition


Быстрое развитие фауны 540 миллионов лет назад навсегда изменило Землю—вглубь ее нижней мантии. Команда во главе с исследователем ETH Андреа Джулиани обнаружила следы этого развития в породах из этой зоны.


Легко видеть, что процессы в недрах Земли влияют на то, что происходит на поверхности. Например, вулканы раскапывают магматические породы и выбрасывают газы в атмосферу, и таким образом влияют на биогеохимические циклы на нашей планете.


Однако менее очевидно, что верно и обратное: то, что происходит на поверхности Земли, влияет на недра Земли—даже на большие глубины. К такому выводу пришла международная группа исследователей во главе с Андреа Джулиани, сотрудником SNSF Ambizione в Отделе наук о Земле ETH Zurich, в новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances. Согласно этому исследованию, развитие жизни на нашей планете влияет на части нижней мантии Земли.


Углерод как посланник


В своем исследовании исследователи изучили редкие алмазоносные вулканические породы, называемые кимберлитами из разных эпох истории Земли. Эти особые породы являются посланниками из самых низких областей мантии Земли. Ученые измерили изотопный состав углерода примерно в 150 образцах этих особых пород. Они обнаружили, что состав более молодых кимберлитов, которым менее 250 миллионов лет, значительно отличается от состава более старых пород. Во многих более молодых образцах состав изотопов углерода находится за пределами диапазона, который можно было бы ожидать для пород из мантии.


Исследователи видят решающий триггер для этого изменения состава более молодых кимберлитов в кембрийском взрыве. Эта относительно короткая фаза—с геологической точки зрения—имела место в течение нескольких десятков миллионов лет в начале кембрийской эпохи, около 540 миллионов лет назад. Во время этого резкого перехода почти все существующие сегодня племена животных впервые появились на Земле. "Огромное увеличение форм жизни в океанах решительно изменило то, что происходило на поверхности Земли", - объясняет Джулиани. -А это, в свою очередь, повлияло на состав отложений на дне океана.


От океанов к мантии и обратно


Для нижней мантии Земли это изменение актуально, потому что некоторые отложения на морском дне, в которых осаждается материал от мертвых живых существ, попадают в мантию через тектонику плит. Вдоль зон субдукции эти отложения—вместе с подстилающей их океанической корой—переносятся на большие глубины. Таким образом, углерод, который хранился в виде органического материала в отложениях, также достигает мантии Земли. Там отложения смешиваются с другимискальный материал из земной мантии и через определенное время, по оценкам, не менее 200-300 миллионов лет, снова поднимается на поверхность Земли в других местах—например, в виде кимберлитовых магм.


Примечательно, что изменения в морских отложениях оставляют такие глубокие следы, потому что в целом лишь небольшое количество осадков переносится в глубины мантии вдоль зоны субдукции. "Это подтверждает, что субдуцированный скальный материал в мантии Земли распределен не однородно, а движется по определенным траекториям", - объясняет Джулиани.


Земля как целостная система


Помимо углерода, исследователи также изучили изотопный состав других химических элементов. Например, два элемента стронций и гафний показали сходную картину с углеродом. "Это означает, что сигнатура углерода не может быть объяснена другими процессами, такими как дегазация, потому что иначе изотопы стронция и гафния не коррелировали бы с изотопами углерода", - отмечает Джулиани.


Новые находки открывают двери для дальнейших исследований. Например, такие элементы, как фосфор или цинк, на которые значительно повлияло появление жизни, также могут дать ключ к пониманию того, как процессы на поверхности Земли влияют на недра Земли. "Земля действительно представляет собой сложную общую систему", - говорит Джулиани. "И теперь мы хотим понять эту систему более подробно".


Источник.














Обсудить:

0 comments:

Всегда рады услышать ваше мнение!