Геологи реконструировали климат раннего периода истории Земли
Природный кислород состоит из смеси трех стабильных изотопов: 16O («стандартный», наиболее широко распространенный изотоп кислорода) и редко встречающихся 17O и 18O. Величина δ18O, обозначающая соотношение изотопов 16O и 18O, широко используется в геохимии, палеоклиматологии и палеоокеанографии для определения температуры осадков и помогает разобраться во взаимодействии подземных вод и горных пород. Недавно для палеоклиматических реконструкций начали применять также величину Δ17O, показывающую соотношение изотопов 16O и 17O.
Ученые из Лозаннского и Женевского университетов, Университета Западного Мичигана и Геологического института Кольского научного центра реконструировали динамику δ18O и Δ17O в гидротермально измененных породах Кейвской геологической структуры, расположенной в центре Кольского полуострова на северо-востоке Балтийского щита, и сделали вывод о температурах в океанах и на суше в эру неоархея. Статью об этом опубликовал журнал Американского геологического общества Geology. Еще одна работа была представлена в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Палеогеографические реконструкции Кольского и Карельского кратонов для неоархея и раннего палеопротерозоя. Вертикальные синие полосы указывают на задокументированные ледниковые эпизоды. На рисунке представлены реконструированные значения δ18O метеорных вод (δ18OMW) Кольского кратона с возрастом 2,7 миллиарда лет и Карельского кратона с возрастом 2,44–2,29 миллиарда лет / ©Пресс-служба КНЦ РАН
Кейвская структура Кольского кратона Фенноскандинавского щита окончательно сформировалась около 2,67 миллиардов лет назад в результате внедрения магмы в вышележащие породы. Это время относится к эре неоархея, когда формировалась настоящая континентальная земная кора, появился кислородный фотосинтез и возникли новые геохимические циклы, обусловленные взаимодействием горных пород и воды из атмосферных осадков.
(А) Положение щелочных гранитов Кейвы возрастом 2,67 млрд лет (красные очертания) на Кольском кратоне, Фенноскандинавский щит. (B) Вставка A, изображающая значения δ18O, измеренные в этом исследовании и ранее, с отобранными местами, показанными пронумерованными кружками. Значения δ18O для всей породы измеряли либо непосредственно, либо рассчитывали по минеральным выделениям. (C) δ18O, измеренная объемным лазерным фторированием в минеральных выделениях щелочных гранитов, измененных вмещающих пород и приконтактовых кварцолитов. Цифры в кружках соответствуют населенным пунктам в Б / ©Пресс-служба КНЦ РАН
Зная минеральный состав пород Кейвской структуры и измерив соотношение изотопов кислорода в каждой породе, ученые определили условия их формирования и происхождение участвующих в этом формировании вод.
Схематический рисунок, изображающий предполагаемую хронологическую эволюцию Кейвской магмо-гидротермальной системы. А – Неоархейское внедрение интрузий основного состава (темно-зеленый) и щелочных гранитов (красный) в вулканических и осадочных толщах (показаны волнистыми белыми слоями) Кейвского террейна, Кольский кратон. Как основной, так и щелочной гранитный магматизм датируется 2,67 миллиарда лет назад. Неглубокое (несколько километров) внедрение магм способствовало гидротермальной циркуляции локальных осадков с низким δ18O, что вызвало гидротермальное изменение вмещающих пород до низких δ18O. Магматическая ассимиляция, вероятно, произошла в течение нескольких млн лет, привнеся низкие значения δ18O в гранитные магмы. Б – региональный метаморфизм 1,8 млрд лет, вызвавший перекристаллизацию всех единиц Кейвского террейна, включая измененные вмещающие породы и граниты с низким δ18O. Метаморфизм, вероятно, ответственен за наблюдаемое фракционирование минералов δ18O. Кварцолиты, возраст которых здесь составляет примерно 1,8–1,7 миллиарда лет, отражают поздний цикл флюидов, происходивший почти одновременно с региональным метаморфизмом / ©Пресс-служба КНЦ РАН
Так они получили значения этих соотношений для атмосферных осадков и океанов того времени. Полученные данные свидетельствуют о динамическом температурном режиме поверхности неоархейской Земли, при котором температура океанов могла составлять 50–80 градусов Цельсия, а высокоширотные субаэрально обнаженные континенты хотя бы эпизодически испытывали отрицательные температуры. На сегодняшний день это самый ранний период истории нашей планеты, для которого установлен холодный климат в высоких широтах.