Карта глубин Земли показывает затерянный континент США

Фото из открытых источников

Вдоль восточного склона Аппалачских гор, чуть ниже поверхности, лежит фрагмент затерянного континента. Этот 200-километровый пласт земной коры, простирающийся от штата Мэн до штата Джорджия, вероятно, образовался в результате вулканических извержений во время распада суперконтинента Пангея около 200 миллионов лет назад и впоследствии был погребен под илом от эрозии гор.

Известный как Пьемонтский резистор, этот фрагмент Пангеи является одним из знаковых открытий магнитотеллурической (МТ) сети — 1800 временных станций, разбросанных по всей территории континентальной части Соединенных Штатов, которые измеряли проводимость глубоких слоев горных пород. Теперь, спустя 20 лет после начала работы, МТ-сеть опубликовала свою окончательную карту и модель в статье в журнале Reviews of Geophysics. Она показывает, как формирование континента оставило скрытые структуры, такие как Пьемонтский резистор, — и минеральные богатства. «Вы можете увидеть все швы», — говорит соавтор Пол Бедросян, геофизик из Геологической службы США (USGS). «И эти границы, даже несмотря на то, что им миллиард лет, — это места, где ищут минеральные ресурсы».

«Система магнитотеллурического зондирования (MT Array) установила мировой стандарт», — говорит геофизик Хао Дун из Китайского университета геологических наук, — вдохновив на аналогичные проекты в Китае, Австралии и Бразилии. Помимо раскрытия геологических основ континента, она показала, как геология может усиливать опасность солнечных бурь для электросетей. И всё это было сделано с минимальным бюджетом, составившим всего 20 миллионов долларов с учётом инфляции, говорит Адам Шульц, геофизик из Университета штата Орегон, ранее руководивший проектом. «Качество полученных данных — это невероятно выгодное вложение».

Система магнитотеллурических зондов (МТ) начиналась как побочный проект в рамках проекта US Array, который использовал сейсмические волны для исследования земной коры и мантии континента. Организаторы хотели развернуть сейсмические и МТ-станции одновременно, но эти планы вскоре сорвались. Сейсмологи предпочитали спокойные, плотные породы, характерные для твердой, возвышенной местности, в то время как исследователям МТ-зондов требовалась влажная, электропроводящая почва для своих зондов. «Мы часто бываем в болотах», — говорит Бедросян.

Их цель — обнаружение электрических токов, индуцированных в земной коре постоянно меняющимися магнитными полями, возникающими в результате возмущений солнечного ветра и верхних слоев атмосферы. Пары электродов, расположенные на расстоянии 50 метров друг от друга в форме креста, улавливают токи; для измерения силы магнитных полей, приводящих их в движение, каждая станция также включает магнитометр. Отношение токов к измерениям магнетизма указывает на проводимость горных пород под поверхностью, при этом более низкие электрические частоты позволяют исследовать проводимость на меньших глубинах. В то время как сейсмические системы регистрируют изменения плотности горных пород, система магнитотеллурического зондирования особенно хорошо улавливает глубинные изменения состава, включая воду, часто обнаруживаемую под континентами в субдуцирующих тектонических плитах. Она также может обнаруживать графиты и сульфиты, образующиеся при магматических вспышках, когда континентальные плиты сталкиваются или разрываются.

Станции располагались на расстоянии 70 километров друг от друга и функционировали в течение нескольких недель практически без вмешательства общественности, хотя одна из групп столкнулась с местным шерифом после того, как их объявили подозреваемыми в терроризме. Когда финансирование проекта со стороны Национального научного фонда США истекло в 2018 году, значительная часть юга США все еще оставалась неиспользованной. Геологическая служба США (USGS) взяла на себя оставшуюся часть проекта и довела его до демонтажа последней станции в 2024 году в Луизиане.

Трехмерные изображения недр, полученные на основе данных магнитотеллурического зондирования, позволили исследователям увидеть, например, как вода втягивается в зону субдукции Каскадия, где океаническая кора погружается под штаты Орегон и Вашингтон. Система позволила визуализировать растяжение земной коры, создающее волнистый рельеф бассейна и хребта Невады, и помогла показать, как горы Уосатч в штате Юта выступают в качестве ограничителя, контролирующего это растяжение. Она также позволила определить трудноразличимые границы древних блоков земной коры, составляющих сердце континента, и реконструировать погребенные горные пояса, создающие сложные проводящие жилы под Великими равнинами. Отсутствие границ земной коры дальше на восток, тем временем, предполагает, что восточная половина страны была сформирована более хаотично из континентальных фрагментов и вулканических островов, говорит Бедросян.

Один из этих фрагментов — Пьемонтский Резистор, который остался незамеченным в ходе сейсмических исследований региона. Бедросян и его коллеги интерпретируют его как кору, образованную в результате масштабных извержений, которые способствовали отделению Америки от остальной части Пангеи 200 миллионов лет назад. «Вполне вероятно, что такое существует», — говорит геофизик Александр Грейвер из Кёльнского университета.

Это не просто тектонический пережиток. Когда солнечная буря сильно возмущает магнитосферу Земли, вызывая мощные токи в земной коре, Резистор усиливает угрозу для электросетей, как показывают карты опасности космической погоды, созданные с использованием данных массива магнитотеллурических телескопов. Как и следует из его названия, его холодные магматические породы сопротивляются индуцированному току, ограничивая и концентрируя его в более мелких слоях, ближе к населенным пунктам.

Геофизик Анна Келберт из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов говорит, что данные магнитотеллурического зондирования показывают, как геологические особенности могут в 1000 раз увеличить риск солнечных бурь. И хотя правительство США хорошо справляется с обновлением своих карт опасности, американские электроэнергетические компании не используют актуальные данные — и никто их к этому не принуждает. «Коммунальные предприятия отстают», — говорит Келберт.

Компании, заинтересованные в обнаружении новых месторождений важных минералов, могут обратить на это более пристальное внимание. Хотя карты слишком приблизительны, чтобы точно определить отдельные жилы руды, месторождения часто встречаются вблизи магматических систем, которые можно отследить с помощью магнитотеллурического зондирования, говорит геофизик Грэм Хайнсон из Университета Аделаиды. «Картирование краев [блоков земной коры] дает нам четкое представление о том, где может находиться следующая крупная система».

Микроволновая технология всегда была относительно небольшой областью в США, и теперь китайские ученые являются основными пользователями данных, полученных с помощью этой системы. Завершение создания системы — это момент, полный смешанных чувств, добавляет Бедросян. «Создается ощущение, что мы празднуем победу, но в то же время одновременно гасим свет на стадионе».