Геофізики представили глобальну реконструкцію тектонічних переміщень літосферних плит протягом останнього мільярда років. Вона вперше об'єднала в рамках безперервної та узгодженої кінематичної моделі палеомагнітні дані про зміну розташування континентів з геологічними даними про еволюцію кордонів між плитами. Про результати моделювання повідомляє стаття в.
Тектоніка плит - це геодинамічна концепція, заснована на уявленні про земну літосферу як про сукупність рухомих фрагментів - літосферних плит, які в процесі переміщення безперервно взаємодіють між собою. Рух плит управляється конвекційними мантійними потоками і являє собою елемент системи теплопереноса від центру Землі до поверхні. Нижні шари літосферних плит утворені породами мантії, верхні - це кора або тільки океанічного типу, або океанічного і континентального. Взаємодія рухомих плит призводить до утворення на кордонах між ними зон сейсмічної і вулканічної активності. Межі між плитами, що рухаються в зустрічному напрямку, називаються конвергентними, межі між плитами - дивергентними. Якщо плити рухаються в одному напрямку, але з різними швидкостями, межу між ними називають трансформною. Відмінності процесів, що відбуваються на кордонах того чи іншого типу, обумовлюють формування різних геологічних структур - рифтів, глибоководних жолобів, складчастих систем.
Тектонічні процеси почали відігравати значиму роль у палеогеографії Землі, мабуть, близько 3,2 мільярда років. Але глобальні реконструкції тектонічної історії з використанням комплексу геологічних і геофізичних (палеомагнітних) даних, отриманих з континентів і з океанського дна, обмежені найближчими до сучасності 200 мільйонами років. Це максимальний вік океанічної кори, оскільки більш стародавнє дно океанів поглинуте в процесі субдукції (занурення однієї плити під іншу) на конвергентних кордонах. Тому моделювання відображає рух плит і еволюцію кордонів з повнотою, достатньою для кількісного аналізу, лише з часу початку розпаду суперконтиненту Пангея, що існував в пізньому палеозе - ранньому мезозі, близько 335-170 мільйонів років тому. При цьому абсолютні координати розраховують у системі відліку, пов'язаній з рухами Африканської плити, які визначені кількома незалежними методами.
Для більш раннього часу - аж до мільярда років тому - вчені вже побудували моделі, що відтворюють конфігурацію континентів і навіть стан кордонів між плитами, проте кожна з них охоплює різні періоди або регіони. Повністю безперервної моделі, що охоплює тектонічну історію Землі за цей час, досі не існувало. Реконструкція положення плит базується на вирішенні завдань про обертання твердого тіла з використанням теореми Ейлера. При вирішенні цих завдань вчені оперують даними про широту, довготу і куті повороту, і для ранніх епох єдиним джерелом цих даних служать результати палеомагнітних вимірювань. За напрямом спробованості порід можна встановити, як геологічне тіло було орієнтоване по відношенню до полюса і на якій широті знаходилося. Однак абсолютну довготу встановити таким чином не можна через симетрію геомагнітного поля щодо осі обертання Землі.
Найдавніші довготи плит відновлюються двома методами. Перший з них базується на припущенні про тривалу стійкість найбільших висхідних потоків у мантії, але застосовність цього методу для докембрійських моделей залишалася спірною. Основою іншого методу є модель ортоверсії, згідно з якою в кожному новому циклі утворення суперконтиненту плити розташовуються під кутом 90 градусів до попереднього положення. Обмеження на цей метод накладає нестачу палеомагнітних даних.
Дослідники з Австралії, Китаю і Франції під керівництвом Ендрю Мердіта (Andrew S. Merdith) з Ліонського університету-1 імені Клода Бернара зуміли об'єднати тектонічні моделі, побудовані для різних геологічних ер.
На першому етапі вчені відібрали з безлічі сучасних моделей розвитку тектоніки чотири, які найбільш повно описують переміщення плит у комплексі з еволюцією кордонів між ними. Глобальна модель YOU19 реконструює тектоніку за останні 410 мільйонів років, тобто від середнього палеозою до теперішнього часу. У ній рух плит прив'язаний і до палеомагнітної, і до мантійної системи відліку. Моделі DOM16 і DOM18 - регіональні. DOM16 включає реконструкцію тектоніки Гондвани і стародавніх плит Лаврентія і Балтика, а DOM18 - Гондвани, Сибірської та Китайської плит. Обидві ці моделі належать до раннього палеозою (500-410 мільйонів років тому). Глобальна модель MER17 охоплює проміжок часу від 1000 до 520 мільйонів років тому - неопротерозійську еру і найранішу частину палеозою. Вона представлена тільки в палеомагнітній системі відліку, не має поправки на справжній рух полюсів і не прив'язана до мантійної системи відліку, тобто до твердого тіла Землі. Контроль абсолютної палеодолготи в цій моделі відсутній.
Потім вчені розробили для всіх моделей єдину методику визначення за палеомагнітними вимірами уявного переміщення полюсів, яке відображає зміну положення плит у часі. Ця методика зажадала коригування місцезнаходження деяких континентів у неопротерозої: Західно-Африканського кратону, Конго, Янзци, Сіно-Корейського кратону і Таріма (стародавній мікроконтинент у складі сучасної Центральної Азії). Завдяки корекції вдалося уточнити конфігурацію протерозойського суперконтиненту Родінія. Для палеозою геофізики скоригували положення Сибірського кратону і Лавруссії, що об'єднувала Північно-Американський (Лаврентія) і Східно-Європейський (Балтика) стародавні континенти.
Для моделювання меж давніх літосферних плит дослідники залучили геологічні дані, в першу чергу офіолітові комплекси (залишки стародавньої океанічної кори на континентах, що вказують на існування зон субдукції). Осадові басейни, характер скам'янілостей, геохімічні ознаки використовувалися для визначення широтних смуг і вирівнювання колись суміжних регіонів, умови метаморфізму спільно зі структурними даними - для виведення тектонічних умов.
Підсумком стала побудова узгодженої моделі, що зв'язала кінематику плит в докембрії і в більш пізній час. Вона охопила мільярд років, що минув від початку неопротерозою, і включила в себе один повний суперконтинентальний цикл - від Батьківщини до Пангеї - і пізні рухи плит. Модель, яку автори візуалізували у відеоролику тривалістю 40 секунд, відкриває можливості для кількісного аналізу стародавніх тектонічних процесів. Ці процеси не тільки формують структуру надр і визначають вигляд земної поверхні, а й впливають на хімічні потоки між поверхнею і глибокими надрами, а також на розвиток біосфери, оскільки від розташування континентальних масивів залежать циркуляція океанських вод і розподіл видів на суші. Тому в подальшому модель Мердіта і його колег може послужити основою досліджень, пов'язаних з еволюцією гідросфери, атмосфери і біосфери Землі в пізньому протерозої.
Раніше геофізики виявили, що стародавнє магнітне поле Землі могло генеруватися в мантії, а також розповіли, як утворилася давня земна кора.