"Mekanismen som fick jordskorpan som hade förändrats av havsvatten att sjunka ner i manteln fungerade för över 3,3 miljarder år sedan. Det betyder att en global materia, som ligger till grund för modern platttektonik, etablerades under de första miljarderna av jordens existens, och överskottsvattnet i mantelns övergångszon kom från det gamla havet på planetens yta, " sa projektledaren och medförfattaren till artikeln Alexander Sobolev, en medlem av den ryska vetenskapsakademin (RAS) och doktor i geologiska och mineralogiska vetenskaper som är professor vid Vernadsky-institutet för geokemi och analytisk kemi under den ryska vetenskapsakademin.

Jordskorpan består av stora ständigt rörliga block som kallas tektoniska plattor. Berg produceras när dessa plattor kolliderar och stiger upp, och chocken av kollisionerna leder till jordbävningar och tsunamier. Dessa plattor rör sig mycket aktivt under världshavet:gammal oceanisk skorpa, inklusive de mineraler som har absorberat havsvatten, sjunker djupt in i jordens mantel. En del av detta vatten släpps ut igen på grund av effekten av höga temperaturer och spelar en roll vid vulkanutbrott, som de som förekommer i Kamchatka, Kurilöarna och Japan. Vattnet som finns kvar i mineralerna i oceanskorpan vid högre temperaturer fortsätter att sjunka ner i den djupa manteln och ackumuleras på ett djup av 410-660 km i strukturen av mineralerna wadsleyite och ringwoodite och högtrycksmodifieringar av olivin (magnesiumjärnsilikat) ), mantelns huvudmineral. Experiment har visat att dessa mineraler kan innehålla betydande mängder vatten och klor. Det är så den största delen av världshavet kunde "pumpas" in i planetens inre under de miljarder år som dess existens.

Denna process är bara en del av den globala cykeln av jordens materia, som kallas konvektion och ligger till grund för platttektonik, en egenskap som skiljer vår planet från alla andra kroppar i solsystemet. Många forskare studerar denna mekanism, försöker förstå i vilket skede av jordens historia den uppträdde.

För att studera vår planets mantel och undersöka dess sammansättning, geokemister (forskare som är specialiserade på jordens kemiska sammansättning och processerna för bergbildning) använder prover av vulkaniska bergarter som består av stelnad magma från manteln. Detta är en silikatsmälta berikad med flyktiga komponenter, som vatten, koldioxid, klor och svavel. Det finns olika typer av magma:forskare använder vanligen basaltisk lava (med en temperatur på cirka 1200°C), men komatiitisk magma, som bröt ut under jordens tidiga historia, är varmare (vid 1500-1600°C). Det kan hjälpa till att beskriva utvecklingen av jordens inre lager, eftersom den matchar mantelns sammansättning mer fullständigt.

Komatiiter är en typ av vulkanisk bergart som bildades från komatiitisk magma för miljarder år sedan och vars sammansättning har förändrats dramatiskt under de mellanliggande epokerna. Den ger inte längre information om innehållet i flyktiga komponenter, som vatten och klor. Men dessa stenar innehåller fortfarande rester av det magmatiska mineralet olivin, som fångade inneslutningar av stelnad magma under kristallisationsprocessen och skyddade dem från efterföljande förändringar. Sådana inneslutningar, bara tiotals mikron tvärs över, behålla detaljerad information om sammansättningen av komatiitiska smältor, inklusive innehållet av vatten och klor och isotopsammansättningen av väte. För att extrahera denna information, inneslutningar av stelnad magma måste värmas till den naturliga smältpunkten över 1500°C och sedan omedelbart härdas för att producera klart härdat glas som senare kan användas för kemiska analyser.

2016, en internationell grupp ledd av forskare från Vernadsky Institute for Geochemistry and Analytical Chemistry studerade komatiitisk magma i Abitibis grönstensbälte i Kanada, som är 2,7 miljarder år gammal. Grönstensbälten är territorier som består av magmatiska bergarter som innehåller grönaktiga mineraler. Detta var den första artikeln som laget publicerade i Natur som en del av projektet som stöds av anslaget från Russian Science Foundation. Vid den tiden, forskarna samlade in första data om innehållet i vatten och en mängd olika labila element, såsom klor, bly och barium, i övergångszonen mellan de övre och nedre mantelskikten på ett djup av 410-660 km, vilket ledde dem till hypotesen att en gammal underjordisk vattenreservoar en gång existerade som i massa var jämförbar med dagens världshav. Forskarna tror att en sådan mängd vatten ackumulerades i de tidiga stadierna av jordens utveckling.

"I den nya artikeln, vi presenterade geokemiska data som tyder på att cykeln för global nedsänkning av oceanisk skorpa i manteln började mycket tidigare än de flesta experter trodde, och det kunde ha fungerat så tidigt som under de första miljarderna av jordens historia, "noterade Alexander Sobolev.

Under arbetets gång, forskarna undersökte återigen sammansättningen av komatiit magma, men av ett annat ursprung:det samlades in från Barbertons grönstensbälte i Sydafrika, som är 3,3 miljarder år gammal. Magman värmdes upp med en specialiserad högtemperaturapparat som tål temperaturer på upp till 1700°C. Geokemisterna fick reda på att den tidigare upptäckta djupvattenhaltiga reservoaren redan fanns i jordens mantel under paleoarchaean, 600 miljoner år tidigare än vad som fastställdes i den tidigare studien.