Tectonics: геология, на которой держатся Гималаи, не такая, как считалось

Фото из открытых источников

Новое исследование предполагает, что 100-летняя теория, объясняющая, как Азия может выдерживать огромный вес Гималаев и Тибетского нагорья, должна быть переписана.

Гималайские горы образовались в результате столкновения Азиатского и Индийского континентов около 50 миллионов лет назад, когда тектонические силы сжали Тибет так сильно, что регион смялся, а его площадь сократилась почти на 1000 километров. Индийская тектоническая плита в конечном итоге сместилась под Евразийскую плиту, удвоив толщину земной коры под Гималаями и Тибетским нагорьем к северу и способствуя их подъёму.

На протяжении столетия господствовала теория, что именно это удвоение земной коры несёт на себе вес Гималаев и Тибетского нагорья. Исследование, опубликованное в 1924 году швейцарским геологом Эмилем Арганом, показывает, что индийская и азиатская земные коры накладываются друг на друга, простираясь на глубину от 70 до 80 км под поверхностью Земли.

Однако исследователи теперь утверждают, что эта теория не выдерживает критики, поскольку породы в земной коре расплавляются на глубине около 40 км из-за экстремальных температур.

«Если у вас есть 70 км земной коры, то самая нижняя часть становится пластичной… она становится похожей на йогурт, и вы не сможете построить гору поверх йогурта», — рассказал ведущий автор нового исследования Пьетро Стернаи из Миланского университета Бикокка в Италии.

Данные давно свидетельствуют об ошибочности теории Арнанда, но идея двух аккуратно наложенных друг на друга корок настолько привлекательна, что большинство геологов не подвергают её сомнению, сказал Стернай. Исторически «любые полученные данные интерпретировались как единый, двойной по толщине слой коры», — сказал он.

Однако новое исследование показывает, что между азиатской и индийской корой зажат участок мантии. Это объясняет, почему Гималаи выросли такими высокими и почему они остаются такими высокими до сих пор, пишут авторы в статье, опубликованной 26 августа в журнале Tectonics.

Мантия — это слой Земли, расположенный непосредственно под земной корой. Она значительно плотнее земной коры и поэтому не разжижается при тех же температурах. При этом мантия настолько лёгкая и плавучая, что ведёт себя подобно айсбергу, поднимаясь всё выше над поверхностью Земли по мере увеличения своей толщины.

Стернай и его коллеги обнаружили мантийную вставку, моделируя столкновение Азиатского и Индийского континентов на компьютере. Модель показала, что по мере того, как Индийская плита скользила под Евразийскую и начинала разжижаться, её отдельные участки поднимались и прикреплялись не к нижней части азиатской коры, а к основанию литосферы – жёсткого внешнего слоя планеты, состоящего из коры и верхней мантии.

Это имеет основополагающее значение, сказал Стернаи, поскольку означает наличие жёсткого слоя мантии между слоями коры, обеспечивающего прочность всей структуры под Гималаями. Две коры обеспечивают достаточную плавучесть, чтобы удерживать регион в поднятом состоянии, в то время как материал мантии обеспечивает сопротивление и механическую прочность. «У нас есть всё необходимое для поднятия рельефа и поддержания веса Гималаев и Тибетского нагорья», — сказал он.

Затем исследователи сравнили свои результаты с сейсмическими данными и информацией, полученной непосредственно из горных пород. Модель мантийного сэндвича, полученная в результате моделирования, совпала с предыдущими данными, которые теория Арнанда не могла объяснить, сообщила соавтор исследования Симона Пилия из Университета нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда в Саудовской Аравии.

«Теперь всё действительно начинает обретать смысл», — сказала Пилия. «Наблюдения, которые казались загадочными, теперь легче объяснить, имея модель, в которой есть кора, мантия, кора».

Пилия отметила, что исследование представляет убедительные доказательства в пользу этой модели, однако оспаривание 100-летней теории Арно является спорным, поскольку она получила столь широкое распространение.

«Я думаю, авторы правы, что это спорный вопрос», — говорит Адам Смит из Университета Глазго в Шотландии, не принимавший участия в исследовании. «Все предыдущие исследования в целом сходились во мнении, что весь материал под Гималаями имеет земное происхождение».

Но результаты всё ещё правдоподобны и объясняют ряд геологических странностей в Гималаях, сказал Смит. «Авторы проводят множество симуляций, используя разную толщину всех слоёв, и, похоже, им всегда удаётся обнаружить этот кусочек мантии, зажатый между корой двух плит».

Доуве ван Хинсберген, профессор глобальной тектоники и палеогеографии Утрехтского университета (Нидерланды), не принимавший участия в исследовании, не согласился с тем, что результаты противоречивы. «Это интересное новое открытие и элегантная интерпретация», — пояснил он. «Если континент задвигается под другой континент, можно ожидать, что получится сэндвич, состоящий сверху донизу из коры и мантии (литосферы) верхней (Тибетской) плиты, а затем коры нижней (Индийской) плиты».