Странные различия между гавайскими вулканами отражают расхождение в недрах Земли

Фото из открытых источников

Считается, что вулканы Мауна-Лоа и Мауна-Кеа, расположенные бок о бок на Большом острове Гавайи, питаются потоком раскаленных пород, поднимающимся из глубин мантии. Однако извергаемые ими лавы химически различаются: лава Мауна-Лоа отражает более древний, первобытный источник, в то время как лава Мауна-Кеа, по-видимому, образовалась из обычных мантийных пород. Это различие между лавами типа Лоа и Кеа распространяется на первые несколько островов Гавайского архипелага.

Ученые-геологи годами спорят об этой загадке. Некоторые утверждают, что это связано с различиями в структуре вулканов вблизи поверхности. Другие говорят, что это происходит из-за более глубоких изменений в плюме, питающем вулканы. Группа специалистов по моделированию предложила новое объяснение: лавы различаются, потому что плюм под Гавайями раскалывается на две части на глубине более 1000 километров в мантии и забирает материал из разных источников. По словам исследователей, через миллионы лет этот разрыв может распространиться до поверхности, приведя к образованию отдельных цепей островов.

«Гавайские острова могут стать двумя параллельными путями», — говорит Цзяшунь Ху, геодинамик из Южного университета науки и технологий. Он руководил исследованием, результаты которого опубликованы в журнале Science Advances.

Ху и его коллеги смоделировали движение горных пород в мантии Земли за последние 250 миллионов лет, при этом модель должна была воспроизводить известные прошлые движения тектонических плит на поверхности и расположение зон субдукции — мест, где холодные тектонические плиты погружаются в мантию. Около 120 миллионов лет назад модель показала, что под тем местом, где сейчас находится Гавайская горячая точка, поднимается плюм раскаленных пород. «Это первая модель, которая точно соответствует Гавайям», — говорит Ху. В отдельном исследовании, опубликованном в сентябре 2025 года, ученые использовали ту же модель и обнаружили, что плюм дрейфует таким образом, который соответствует изгибу Гавайско-Императорской островной цепи, что еще больше подтверждает реалистичность модели.

Заглядывая глубоко в мантию и в прошлое, модель также рассказывает историю о том, что могло привести к образованию водораздела Лоа-Кеа. Согласно модели, около 125 миллионов лет назад погружающаяся субдукционная плита столкнулась с так называемой крупной провинцией с низкой скоростью сдвига (LLSVP) — скоплением горячего, химически отличающегося материала на краю ядра. Это взаимодействие создало хребет на вершине LLSVP, подобно тому, как образуются горные хребты в результате столкновения тектонических плит. Тепло от столкновения вызвало подъем потока горячих пород из хребта. А затем события приняли действительно интересный оборот.

Согласно модели, около 50 миллионов лет назад плюм начал раскалываться на две части снизу вверх. Ху и его коллеги утверждают, что это раскололось и могло изменить химический состав двух ветвей плюма: одна отбирала материал из центра LLSVP, а другая — с его края. Их модель показывает, что к 10 миллионам лет назад это химическое различие могло достичь поверхности, объясняя разницу между гавайскими лавами. Лавы Лоа, питаемые рукавом плюма, отбирающим материал из центра LLSVP, могли отражать первичный мантийный материал, говорит Ху, тогда как лавы Кеа, питающиеся с края, могли выглядеть как средняя современная мантия.

Не все убеждены. «Идея очень хорошая», — говорит Доминик Вайс, геохимик из Университета Британской Колумбии. Однако, по ее словам, тот факт, что обе ветви плюма поднимаются из LLSVP, даже если отбор проб производится с его края, не согласуется с геохимическими измерениями лав типа Кеа. «Вот тут я и сомневаюсь, что это работает».

Дитмар Мюллер, геофизик из Сиднейского университета, называет эту модель «интригующей» из-за ее более широкой объяснительной силы. Она не только объясняет эволюцию плюма, но и подчеркивает различия между очевидной активностью LLSVP под Гавайями и другой, менее активной, областью под Африкой. «Исследование убедительно подтверждает точку зрения, что [LLSVP] — это динамичные, эволюционирующие структуры, а не долгоживущие, статичные образования глубокой мантии».

Согласно модели, в течение следующих 50 миллионов лет плюм расколется и поднимется в верхнюю мантию, образовав два параллельных плюма, которые могут сформировать цепочки островов. Ху говорит, что сейсмологи даже смогут обнаружить раскол, изучив распространение сейсмических волн в мантии. Однако он признает, что для наблюдения за этой структурой потребуется более глубокое и высокоточное исследование под Гавайями, чем могут обеспечить современные сейсмические станции.