Кристалл циркона помог учёным уточнить возраст земной коры

Катодолюминесцентное изображение циркона размером всего 400 микрометров. Кластеры атомов свинца (внизу) в диаметре не превыщают 10 нанометров

(фото John Valley, University of Wisconsin).

Австралийское местечко Джек-Хиллз, где были найдены древние цирконы

(фото John Valley, University of Wisconsin).

История формирования Земли и появления на ней различных форм жизни

(иллюстрация Andree Valley).

Международная команда исследователей во главе с профессором университета Висконсина-Мэдисона Джоном Вэлли (John Valley) получила данные, подтверждающие тот факт, что земная кора образовалась, по крайней мере, 4,4 миллиарда лет назад. То есть спустя всего лишь 165 миллионов лет после формирования Солнечной системы. До этого наша планета представляла собой огненный шар, покрытый океаном магмы.

Столько важное открытие было сделано в ходе исследования небольшого фрагмента циркона, извлечённого из земной коры на западе Австралии.

Катодолюминесцентное изображение циркона размером всего 400 микрометров. Кластеры атомов свинца (внизу) в диаметре не превыщают 10 нанометров
Катодолюминесцентное изображение циркона размером всего 400 микрометров. Кластеры атомов свинца (внизу) в диаметре не превыщают 10 нанометров
(фото John Valley, University of Wisconsin).

Цирконы − одни из самых древних материалов планеты. Так, австралийские кристаллы образовались спустя всего лишь 165 миллионов лет после формирования Земли. Они пережили путешествия по руслам рек, захоронение глубоко в земной коре, нагревание, давление и выход на поверхность.

Установить возраст минералов учёным помогли изотопы свинца. Научная работа группы Вэлли подтвердила, что кристаллы из Австралии образовались 4,375 миллиарда лет назад (плюс-минус 6 миллионов лет) и являются самым древним из всех земных материалов.

Исследование проводилось с использованием новой технологии, называемой атомным зондированием (ATM). В сочетании с масс-спектрометрией вторичных ионов (МСВИ) она позволила учёным точно установить возраст и тепловую историю циркона.

"Вместо того чтобы случайным образом распределиться в образце, атомы свинца в цирконе были собраны в группы, как изюм в пудинге", – отметил Вэлли.

Австралийское местечко Джек-Хиллз, где были найдены древние цирконы
Австралийское местечко Джек-Хиллз, где были найдены древние цирконы
(фото John Valley, University of Wisconsin).

Кластеры атомов синца образуются спустя миллиард лет после кристаллизации циркона. К этому времени радиоактивный распад урана формирует атомы, которые в ходе последующего нагрева рассеиваются (а кластеры соответственно разрушаются).

"Циркон образовался 4,4 миллиарда лет назад, а 3,4 миллиарда лет назад весь свинец, который существовал в то время, сосредоточился в этих горячих точках, – комментирует Вэлли. – Это позволяет нам прочесть новую страницу термической истории, записанную на этих крошечных цирконовых капсулах времени".

Формирование и размер кластеров (менее 50 атомов в диаметре), соотношение изотопов в них позволяют использовать атомы как часовые стрелки на циферблате, которые позволяют уточнить возраст образцов циркона.

Австралийские учёные также измерили соотношение изотопов кислорода, которые свидетельствуют о начале гомогенизации, а затем и охлаждении нашей планеты.

"Земля была собрана из разного гетерогенного материала Солнечной системы. Ранняя Земля пережила интенсивный обстрел метеоритами, а около 4,5 миллиарда лет назад произошло столкновение с космическим телом размером с Марс. В ходе этого процесса сформировалась Луна и расплавилась, а затем гомогенизировалась Земля, – рассказывает профессор. – Наши образцы сформировались после того, как океаны магмы охладились, что доказывает, что все эти события произошли очень рано".

Исследование, по мнению Вэлли, укрепляет теорию "охлаждённой ранней Земли" (Cool early Earth). Она утверждает, что температуры стали достаточно низкими для образования жидкой воды, формирования океанов и гидросферы вскоре после того, как бесконечное море расплавленной породы застыло. Профессор уверен, что жизнь зародилась на Земле не намного позднее образования гидросферы.

"Возможно, новые знания помогут нам понять, как формируется жизнь на других планетах", — считает Вэлли.

Подробности исследования были опубликованы в издании Nature Geoscience: статья 1 и статья 2.

Также по теме:
В Индийском океане найдены следы древнего исчезнувшего континента
Геологи уточнили прошлое суперконтинента Гондвана
Сушу Земли создали первые организмы планеты
Температура земного ядра оказалась на 1000 градусов выше
Древнейшая зона субдукции приоткрыла тайны зарождения жизни
Уникальный метеорит расскажет учёным секреты зарождения Марса