Самые древние камни о прошлом

Возраст планеты Земля, по современным данным, составляет 4,567 миллиарда лет. Однако неукротимая тектоническая активность в недрах планеты практически не оставила нам свидетельств первых дней существования земной коры.

Поэтому геологам, стремящимся раскрыть тайны формирования планеты, приходится довольствоваться только гранулами-включениями с возрастом до 4,3 миллиарда лет в относительно молодые породы. Самые древние большие глыбы минералов, известные до сих пор, моложе ещё на четыреста миллионов лет.

В то же время понимание всей истории геологической эволюции Земли в наши дни неизменно упирается в отсутствие каких-либо данных о самых первых миллионах лет существования планеты.

Потому геохимики продолжают поиск древних участков земной коры, пусть и изрядно потрепанных перипетиями нелегкой геологической судьбы. Очередную подобную находку представила всему миру команда геохимиков, опубликовавшая по этому поводу статью в последнем номере журнала Science. Скалы Нуввуагитук – зеленые породы, расположенные в северной части канадской провинции Квебек, в Гудзоновом заливе, уже давно интересовали охотников до старины от геологии.

Теперь учёные уверены, что эти древние камни представляют собой самый старый образец земной коры, известный науке.

Все их ровесники уже были целиком или частично рециклированы в мантии, а по большей части и вовсе остались в недрах Земли, так больше и не показавшись на поверхности.

Определение возраста пород земной коры всегда базируется на измерении соотношения изотопов химических элементов. Некоторые из них радиоактивны, потому с течением времени распадаются и превращаются в стабильные изотопы других элементов. Так в породах различного происхождения формируются избыточные или недостаточные соотношения тех или иных изотопов, которые и могут рассказать о своем возрасте.

Джонатан О'Нил, сотрудник Университета имени Джеймса Макгилла в канадском Монреале, геохимик Ричард Карлсон из Института имени Карнеги и их коллеги положились в определении возраста пород на неодим-самариевое соотношение.

Радиоактивное семейство ¹⁴⁶Sm/¹⁴²Nd отличается очень коротким периодом полураспада – всего 103 миллиона лет, а потому распад радиоактивного самария-146 должен был закончиться еще 4,1–4,2 миллиарда лет назад и дать одинаковое соотношение стабильных изотопов неодима 142 и 144 во всех земных породах. На деле же это соотношение в древних канадских скалах немного отличается от такового во всех остальных породах земной коры. Разглядеть это отличие стало возможно только теперь, с появлением новых аналитических методик, и именно это отличие, так называемая негативная аномалия неодима, то есть пониженное содержание ¹⁴²Nd по отношению к ¹⁴⁴Nd, позволяет ученым заключить очень древний возраст камней.

Дело в том, что, согласно современной теории, Земля и все планеты земной группы сформировались из такого вещества, приносимого на землю теперь только в виде метеоритов хондритов. В прошлом огромная агломерация таких камней создала Землю, Венеру, Марс и Меркурий. «Первобытный» состав Земли долгое время отождествлялся с химическим составом хондритов, однако в последние десять лет были обнаружены, опять же с помощью новых прецизионных аналитических методик, отклонения в химическом составе земли от эталонного хондритового.

Касается это отклонение, в первую очередь, соотношения изотопов неодима. Оно породило гипотезу, что часть самария на заре формирования Земли в первые несколько сотен миллионов лет куда-то делась, образовав так называемый самариевый резервуар в недрах Земли. В противном случае, если такого резервуара нет, Земля образовалась не из хондритов, а потому всю теорию происхождения планет нужно менять.

Поиск этого резервуара и есть главная цель обнаружения наиболее древних пород – геохимикам очень не хочется отказываться от стройной и красивой теории происхождения планет и вообще перекраивать историю Солнечной системы.

Первая ласточка надежды мелькнула несколько лет назад, когда анализ соотношения изотопов неодима в очень древних скалах Гренландии показал повышенное содержание 142-го изотопа. Учитывая мантийное происхождение тех скал и время их появления на поверхности земли – 3,9 миллиарда лет назад, ученые осторожно предположили, что это и есть след разделения изотопов тяжелых между мантией и корой на заре формирования Земли.

Теперь обнаружены и древние породы земной коры, свидетельствующие в пользу такого разделения.

Значит, теория будет жить.

Албрехт Хофманн, один из пионеров новой геохимии, известный нам по лекции члена-корреспондента РАН Александра Соболева, в своем комментарии журналу Science называет коллектив авторов статьи не иначе как героями. Действительно, разделение изотопов и измерение флуктуаций их соотношения на уровне миллионных долей – это героический труд, достойный и уважения, и благодарности со стороны всего научного сообщества.