Возраст самых древних пород земной коры — 4,28 млрд лет

Эти красивые розовато-коричневые камни, состоящие из амфиболов с вкраплениями гранатов, — древнейшие породы Земли. Фото с сайта www.chinadaily.com.cn

Геологи оценили возраст пород недавно открытого зеленокаменного пояса на севере Канады. Их расчетах основывались на соотношение самария и разных изотопов неодима. Этот метод используется для оценок возраста пород старше 4 млрд лет, например метеоритов. Оказалось, что некоторые составляющие этого зеленокаменного пояса имеют возраст 4,28 млрд лет. Это всего на 300 млн лет позже рождения самой Земли.

Возраст Земли сейчас оценивают в 4,5–4,6 млрд лет. Этот возраст расчетный, так как никаких пород от тех времен не сохранилось (или неизвестно, где и как их искать). Древнейшие найденные породы имеют возраст 4,03 млрд лет (северо-западные территории Канады) и 4,27 млрд лет (в Западной Австралии). Для расчетов возраста этих пород обычно используют радиоизотопный метод датирования (см. также Radiometric dating) по цирконовым гранулам. Но главное ограничение циркониевого метода в том, что циркон — это редкий минерал, и в наиболее распространенных магматических породах он не встречается.

Геологи из Монреаля (Университет Мак-Гилла и Квебекский университет) и Вашингтона (Институт Карнеги) решили использовать другой метод для определения абсолютного возраста древних пород — по соотношению неодим–самарий.

Изотоп самария с атомным весом 146 (¹⁴⁶Sm) распадается с образованием изотопа неодима ¹⁴²Nd, период полураспада ¹⁴⁶Sm составляет 103 миллиона лет. Соотношение этих двух изотопов говорит о возрасте пород — но это если известно изначальное содержание изотопа самария ¹⁴⁶Sm в породе. А поскольку оно неизвестно, геологи отталкиваются от другого соотношения — двух стабильных изотопов неодима ¹⁴⁴Nd/¹⁴²Nd. Это соотношение меняется из-за распада самария — то есть чем древнее порода, чем больше в ней должно быть относительное содержание изотопа ¹⁴²Nd. Измерив в породе содержание изотопа самария-146 и соотношение ¹⁴⁴Nd/¹⁴²Nd и учтя период полураспада самария, а также «фоновое» соотношение ¹⁴⁴Nd/¹⁴²Nd, геологи и оценивают возраст древних пород.

Сланцы, которые изучали геологи, были доставлены в лабораторию из зеленокаменного пояса (Greenstone belt), расположенного у иннуитского (эскимосского) поселка Нуввуагиттук (Nuvvuagittuq) в Квебеке. Этот зеленокаменный пояс был обнаружен исследователями семь лет назад, и его древний возраст был определен сразу же, в том же году. Остальные шесть лет специалисты перепроверяли результаты и описывали строение формации и минералогию. Этот пояс составлен вулканическими породами и окружен массивом тоналитов, сложенных кварцем, натриевым плагиоклазом, амфиболом, биотитом. В тоналитах были найдены вкрапления циркона и по этим вкраплениям определен возраст тоналитов — 3,66 млрд лет. А вот основные породы самого пояса — это своеобразные по химическому составу амбифолы, называемые куммингтонитом. Так как эти породы отличаются от основной массы амфиболов, с которыми привыкли иметь дело канадские геологи, то авторы статьи в Science даже назвали куммингтонит лжеамфиболом. И самое важное было для них — определить возраст этих лжеамфиболов. Он оказался 4,28 млрд лет.

Изохроны по изотопам неодима и самария. Стандартные для современных земных пород значения показаны большим квадратом и серой полосой вверху. Черные ромбы — это данные по семи изученным образцам. По ним и построена изохрона, соответствующая возрасту 4,28 млрд лет. Кружки, квадраты и треугольники показывают изотопные соотношения других геологических структур, окружающие лжеамфиболы. Большой серый кружок указывает соответствующие значения изотопных соотношений для метеоритов (хондритов). Графики из обсуждаемой статьи в Science

Если считать, что эти оценки относятся к моменту образования пород, то получается, что земная кора формировалась уже через 300 млн лет после рождения Солнечной системы и самой Земли, чей возраст оценивается в 4,5-4,6 млрд лет. В интервью для Canadian Press Джонатан О'Нил высказал несколько предположений, которые косвенно следуют из приведенных изотопных соотношений и содержания других элементах в породах этого древнейшего зеленокаменного пояса:

«Эти данные дают ученым новые возможности для исследования процесса отделения земной коры от мантии. Помимо этого, некоторые детали указывают на возможное присутствие воды при формировании этих пород. Значит, океаны уже существовали тогда, 4,28 млрд лет назад. Условия в том океане, конечно, отличались от теперешних, но не катастрофическим образом. И в принципе, условия были таковы, что там могла быть жизнь. Пока никаких следов ее не нашли. Однако в исследованных породах очень высокое содержание железа, а обогащение пород железом может происходить при участии бактерий. Тогда (но это только предположение!) — перед нами первое свидетельство жизни».

Когда О'Нила спросили, как себя чувствует человек, ступающий собственными ногами по первозданной земле, ученый ответил: «Божественно!».

Источник: Jonathan O'Neil, Richard W. Carlson, Don Francis, Ross K. Stevenson. Neodymium-142 Evidence for Hadean Mafic Crust // Science. 26 September 2008. V. 321. Р. 1828–1831. DOI: 10.1126/science.1161925.

Елена Наймарк