Тектоническая плита под Тибетом может расколоться на две части

Высокие вершины Гималаев — это поле геологической битвы — замедленное столкновение Индийской и Евразийской тектонических плит. Хруст начался около 60 миллионов лет назад, когда Индия, тогда еще остров, врезалась в Евразию, искривив поверхность и образовав самые высокие горы на Земле. Но вершины — лишь шум и дым битвы; тектонические маневры в десятках километров под ними вызывают столкновение и таят в себе загадки.

Континентальные тектонические плиты, в отличие от своих плотных океанических собратьев, толстые и плавучие, поэтому им нелегко погружаться или погружаться в мантию во время столкновений. Некоторые ученые полагают, что Индийская плита сопротивляется погружению в мантию и продолжает скользить горизонтально под Тибетом. Другие предполагают, что наиболее плавучая часть Индийской плиты сминается, как коврик, вдоль переднего края столкновения, облегчая погружение нижней половины плиты в глубину.

Теперь новый анализ волн землетрясений, распространяющихся под Тибетом, и характерных газов, поднимающихся на поверхность, указывает на еще одну возможность, которая, по сути, разделяет разницу между двумя сценариями. Часть Индийской плиты, по-видимому, «расслаивается», когда она скользит под Евразийскую плиту, при этом плотная нижняя часть отслаивается от верхней. Исследование также обнаружило доказательства вертикального перелома или разрыва на границе между отслоившейся частью плиты и ее неповрежденной соседней частью.

«Мы не знали, что континенты могут вести себя таким образом, и для науки о твердой Земле это довольно фундаментально», — говорит Дау ван Хинсберген из Утрехтского университета. Новое исследование  может помочь ученым лучше понять формирование могучих Гималаев и, возможно, даже опасность землетрясений в регионе.

Фабио Капитанио, геодинамик из Университета Монаша, предупреждает, что в отношении этого процесса остается много неопределенностей, а данные ограничены. «Это всего лишь снимок», — говорит он. Но эта работа является важным шагом на пути к пониманию того, каким стал наш современный ландшафт, говорит он. «Это определенно та работа, которую нам нужно продвигать вперед».

Ученые уже давно предполагают, что тектонические плиты могут разворачиваться именно так. Плиты представляют собой слоистую комбинацию плавучей коры и более плотных пород верхней мантии. При сжатии и утолщении пластина может расколоться по слабой границе раздела слоев. Но этот процесс в основном изучался в недрах мощных континентальных плит и моделировался с помощью компьютерных моделей. «Это первый раз, когда… его поймали с поличным во время опускания плиты», — говорит ван Хинсберген.

Гималайское столкновение — многообещающее место для поиска разрывающейся плиты, говорит Питер ДеСеллес, геолог из Университета Аризоны. До того, как началось столкновение, Индийская плита различалась по толщине и составу, что помогает объяснить серповидную форму гималайского фронта длиной 2500 километров. Он сравнивает древнюю плиту со скатом манта: парой тонких крыльев океанической коры, обрамляющих толстую середину континентальной коры. Тонкие океанические плиты легко погрузились под Евразийскую плиту, в то время как толстая континентальная кора стремительно врезалась в Евразию, словно таран.

Разница в скорости субдукции, вероятно, тянула и разрывала Индийскую плиту в нескольких направлениях. За последние годы ученые предложили так много разрывов, что «это превратилось в кустарное производство», - отметил автор исследования Саймон Клемперер, геофизик из Стэнфордского университета.

Континентальное столкновение Индийской и Евразийской тектонических плит привело к образованию Гималаев. Новые данные свидетельствуют о том, что часть Индийской плиты может отделиться и погрузиться в мантию.

Клемперер был заинтригован зоной на северо-востоке Индии, недалеко от Бутана, где зона субдукции изгибается, что делает ее основным местом потенциальных разрывов. «Вот тут все становится ужасно», — говорит он. Подозрение побудило его на многолетние поиски разгадки подземного насилия.

Одно из доказательств было получено в результате измерений изотопов гелия, который бурлит в тибетских источниках. Клемперер и его коллеги, включая сотрудников из Китая, пересекли грунтовые дороги и переправились вброд ручьи, чтобы собрать образцы примерно из 200 природных источников на территории почти 1000 километров южного Тибета. Образцы газа, богатые гелием-3, легким изотопом, оказавшимся внутри Земли в момент ее рождения, сигнализируют о наличии мантийных пород под ногами, тогда как те, что обеднены гелием-3, вероятно, поднимаются из погребенной коры.

Когда они нанесли на карту источники, возникла четкая закономерность. К югу от линии лежат источники с отпечатками коры, а к северу — источники с мантийными отпечатками. Команда интерпретировала эту линию как самый дальний край неповрежденной Индийской плиты, скользнувшей под Тибет перед тем, как погрузиться в мантию. Но в одном районе к югу от линии, недалеко от восточной границы Бутана, три источника также содержали следы мантии — намек на то, что одна часть Индийской плиты могла отслаиваться, а в пространство между ними текла горячая мантийная порода.

Подтверждением этой картины стал анализ волн землетрясений, пробегающих по границе между земной корой и мантией. Волны, зарегистрированные на сотнях сейсмических станций, позволили исследователям построить изображения подземных сооружений. Две капли, видимые на одном изображении, похоже, намекают на отделение нижней плиты Индийской плиты от ее вершины.

Более поздний анализ, основанный на другом наборе волн землетрясений, указывает на разрыв на западном крае расслоенной плиты. К западу от предполагаемого разлома дно Индийской плиты имеет глубину около 200 километров, что позволяет предположить, что оно все еще не повреждено; на востоке, где плита разделяется на две части, мантийные породы текут на глубину около 100 километров.

Почти каждый массив суши на Земле был построен в результате серии столкновений, таких как Гималаи, говорит Энн Мельцер, сейсмолог из Университета Лихай. Таким образом, понимание того, как сталкиваются континенты, проливает свет не только на наш современный ландшафт, но и на опасности, связанные с землетрясениями, которые могут возникнуть на древних шрамах континентальных крушений.

Клемперер отмечает, что недавно предложенный разрыв может также повлиять на опасность землетрясений в Тибете сегодня. Глубокий разлом на Тибетском нагорье, известный как разлом Кона-Сангри, перекрывает разрыв – дразнящий намек на то, что волнения в нижней части Индийской плиты могут каким-то образом выйти на поверхность. Хотя прямая связь с землетрясениями остается неопределенной, ван Хинсберген отмечает, что разрывы и отслаивание тектонических плит могут повлиять на то, как и где возникает напряжение, и, следовательно, на вероятность землетрясений.

По словам Клемперера, континенты сложно изучать, поскольку древние столкновения, сформировавшие современный ландшафт, оставили после себя сеть перекрывающихся шрамов. Но именно это делает работу захватывающей, говорит он. «У них есть этот палимпсест с миллиардной историей». Он и другие ученые постепенно учатся ее читать.