Учёные-геологи обнаружили медленный, но удивительный процесс, происходящий под поверхностью нашей планеты и питающий вулканическую активность в океанах.
Исследователи из Университета Саутгемптона установили, что фрагменты континентов постепенно отслаиваются снизу и затягиваются в океаническую мантию — горячий, преимущественно твёрдый слой под морским дном, который медленно циркулирует. Попадая туда, этот континентальный материал способен подпитывать вулканические извержения на протяжении десятков миллионов лет.
Это открытие разрешает давнюю геологическую загадку: почему некоторые океанические острова, расположенные далеко от границ тектонических плит, содержат химические «подписи», которые явно указывают на континентальное происхождение, несмотря на их нахождение посреди бескрайних океанов.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Geoscience, были получены международной командой учёных из Университета Саутгемптона, Центра геологических исследований GFZ Гельмгольца в Потсдаме, Потсдамского университета, Университета Куинс (Канада) и Университета Суонси.
Например, океанические острова, такие как остров Рождества в северо-восточной части Индийского океана, часто содержат необычно высокие концентрации так называемых «обогащённых» элементов, которые обычно встречаются в составе континентов. Учёные сравнивают этот процесс перемешивания с работой миксера, который замешивает старые, переработанные ингредиенты из глубин Земли.
Долгие годы геологи предполагали, что эти обогащённые элементы попадают в мантию либо из океанических отложений, затягиваемых при погружении тектонических плит, либо из восходящих столбов горячей породы, известных как мантийные плюмы. Однако эти объяснения имели свои ограничения. Некоторые вулканические регионы не проявляют признаков переработанной коры, в то время как другие кажутся слишком неглубокими и холодными, чтобы их двигали глубокие мантийные плюмы.
«Нам десятилетиями было известно, что части мантии под океанами выглядят странно загрязнёнными, как будто туда каким-то образом попали фрагменты древних континентов, — комментирует Томас Гернон, профессор наук о Земле из Университета Саутгемптона и ведущий автор исследования. — Но мы не могли адекватно объяснить, как весь этот континентальный материал там оказался».
Теперь исследователи предлагают новый механизм: континенты не только раскалываются на поверхности, но и отслаиваются снизу, причём на гораздо больших расстояниях, чем учёные когда-либо считали возможным.
Чтобы проверить эту гипотезу, команда создала компьютерные симуляции, которые воспроизводили поведение мантии и континентальной коры при растяжении тектоническими силами. Результаты показывают, что когда континенты начинают раскалываться, мощные напряжения глубоко внутри Земли вызывают медленно движущуюся «мантийную волну». Это волнообразное движение распространяется вдоль основания континентов на глубинах от 150 до 200 километров, нарушая и постепенно отслаивая материал от их глубоких корней.
Процесс протекает невероятно медленно — примерно в миллион раз медленнее скорости улитки. Со временем эти отслоившиеся фрагменты переносятся в сторону на расстояние более 1000 километров в океаническую мантию, где они подпитывают вулканическую активность на протяжении десятков миллионов лет.
Соавтор исследования, профессор Саша Бруне из GFZ в Потсдаме, объясняет: «Мы обнаружили, что мантия продолжает ощущать последствия распада континентов ещё долго после того, как сами континенты разделились. Система не выключается, когда образуется новый океанический бассейн — мантия продолжает двигаться, реорганизуя и транспортируя обогащённый материал далеко от места его происхождения».
Чтобы подтвердить свою модель, команда проанализировала химические и геологические данные из таких регионов, как подводная провинция Индийского океана — цепь вулканических образований, появившихся после распада суперконтинента Гондвана более 100 миллионов лет назад. Их выводы показывают, что вскоре после разделения Гондваны на поверхность вырвался импульс магмы, необычайно богатой континентальным материалом. Со временем эта химическая «подпись» постепенно ослабевала по мере уменьшения притока материала из-под континентов. Важно отметить, что это произошло без участия глубокого мантийного плюма, что ставит под сомнение давние предположения об источнике такого вулканизма.
Профессор Гернон добавляет: «Мы не исключаем мантийные плюмы, но это открытие указывает на совершенно новый механизм, который также формирует состав земной мантии. Мантийные волны способны переносить сгустки континентального материала далеко в океаническую мантию, оставляя химическую «подпись», которая сохраняется долго после того, как континенты распались».
Это исследование также основывается на предыдущих работах команды, показавших, что эти медленные, волнообразные движения мантии могут оказывать драматическое воздействие на глубине континентов. Их более ранние исследования предполагают, что такие волны могут способствовать извержениям алмазов и даже изменять ландшафты на расстоянии тысяч километров от тектонических границ.
