Проанализировав некоторые из древнейших кристаллов на планете с помощью искусственного интеллекта (ИИ), исследователи пришли к выводу, что тектоника плит — геологический механизм Земли, который перемещает гигантские куски земной коры по мантии, а иногда и в нее, — началась гораздо раньше, чем предполагали многие ученые.
Исследование группы находит доказательства того, что она началась более 4 миллиардов лет назад, во время хадейского эона — всего через несколько сотен миллионов лет после образования планеты. Работа предполагает, что тектоника могла сыграть раннюю роль в создании первой суши и помочь зарождению жизни, говорит Росс Митчелл, геофизик из Китайской академии наук, который был соавтором нового исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences. «Хадейская Земля была бы пригодна для жизни», — утверждает он.
Принято считать, что тектоника плит началась более 3 миллиардов лет назад, после того как Земля достаточно остыла, чтобы сформировать застойную крышку коры, покрывающую сверхгорячую мантию. Когда плиты океанической коры начали падать в мантию, они спровоцировали вулканические извержения, которые создали цепи островов, которые в конечном итоге сгруппировались в первые континенты. Доказательства этой картины исходят из старейших сохранившихся континентальных недр, которые датируются примерно 3,5 миллиардами лет назад. Но моделирование предполагает, что движение коры могло начаться раньше, говорит Цянь Юань, геодинамик из Калифорнийского технологического института. «Все больше ученых предполагают, что могла быть тектоника плит Хадея», — говорит он.
Однако найти веские доказательства такой активности было сложно. Единственными сохранившимися материалами из хадея являются цирконы, почти неразрушимые кристаллы размером с песчинки. Самые старые цирконы, обнаруженные в австралийских холмах Джек-Хиллс, датируются 4,3 миллиарда лет назад. Цирконы могут кристаллизоваться из свежей магмы из мантии, как и современная океаническая кора, но они также могут образовываться из осадочных пород на суше, которые смываются в океан, погружаются обратно в мантию и вновь появляются в более поздних всплесках магматической активности в виде гранитов. Эти всплывшие на поверхность цирконы «S-типа» свидетельствуют о существовании обоих континентов и процесса субдукции, говорит Митчелл.
Исследователи идентифицируют цирконы S-типа, ища включения слюды, хлопьевидного минерала, часто встречающегося в осадочных породах, или измеряя обогащенные уровни микроэлементов, связанных с магмами, образованными из выветренных наземных пород, таких как алюминий или фосфор. Но ни один элемент или минерал не может предоставить окончательную историю происхождения, и чем старше образцы, тем сложнее это сделать.
Вместо того чтобы рассматривать только несколько диагностических факторов, Митчелл и его коллеги вместо этого обратились к базовому подходу ИИ, известному как машинное обучение, чтобы отсортировать цирконы. Они собрали набор данных об элементарной распространенности 374 цирконов с известным происхождением. Они использовали 80% цирконов для обучения алгоритмов и 20% для их тестирования. Они варьировали количество диагностических факторов и обнаружили, что девять были «в самый раз», говорит Митчелл. Использование меньшего количества факторов давало слишком мало информации для дактилоскопии; использование большего количества ограниченных доступных записей цирконов для обучения. «Это многомерная проблема классификации, которая, кажется, идеально подходит» для таких инструментов, говорит Роджер Фу, планетолог из Гарвардского университета, не связанный с работой.
Затем Митчелл и его коллеги применили обученный алгоритм к 971 очень древнему циркону Джек-Хиллз, происхождение которого было неопределенным. В целом они обнаружили, что более трети были S-типа, включая несколько возрастом до 4,2 миллиарда лет. У Митчелла и его команды есть «что-то, что выглядит как действительно полезный инструмент», — говорит Бет Энн Белл, геохимик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Это важно не только для ранней Земли, но и для изучения всей геологической летописи».
Группа Митчелла также обнаружила, что процент цирконов S-типа меняется со временем, увеличиваясь и уменьшаясь в соответствии с моделью, которая напоминает известные циклы создания и разрушения суперконтинентов в более поздней истории Земли. Этот вывод является «чистой спекуляцией», говорит Джун Коренага, геофизик из Йельского университета, чье моделирование и геохимические работы предполагают раннее начало тектоники плит.
Еще одно критическое замечание высказал Крис Хоуксворт, геохимик из Бристольского университета, который утверждает, что доказательства субдукции более 4 миллиардов лет назад не обязательно означают, что двигатель тектоники плит к тому моменту уже полностью включился; он указывает, что существуют и другие способы вернуть кору обратно в мантию, например, с помощью удара гигантского астероида.
Тем не менее, доказательств ранней тектоники плит становится все больше — по крайней мере, на основе историй, сохранившихся в цирконах Джек-Хиллз. В апреле исследователи сообщили, что пресная вода участвовала в формировании цирконов возрастом 4 миллиарда лет — еще один признак того, что континенты и, предположительно, тектоника плит существовали в то время.
Сейчас нужны дополнительные древние цирконы из мест, отличных от Австралии, говорит Фу. Цирконы Джек-Хиллз могли бы зафиксировать события из одного исключительного региона, который не является репрезентативным для земного шара. Тем не менее, учитывая, что тектоника плит является самым известным способом субдукции коры, и отсутствие убедительных аргументов против этого, возможно, пришло время предположить, что тектоника плит почти так же стара, как и сама кора, говорит Фу, по крайней мере, пока это не будет опровергнуто.
