В Замбии начинают проявляться первые признаки будущего тектонического раскола

Фото из открытых источников

Измерения изотопов гелия в горячих источниках Кафуэского рифта выявляют прямую связь с мантией Земли, что позволяет предположить, что земная кора расколота и формируется новая граница тектонических плит.

Ученые из Оксфордского университета опубликовали в журнале Frontiers in Earth Science исследование, показывающее, что рифт Кафуэ, геологическая структура в Замбии, которая до сих пор была мало изучена, демонстрирует несомненные признаки глубинной активности.

Группа исследователей под руководством профессора Майка Дейли проанализировала изотопный состав газов, выделяющихся из восьми геотермальных источников и скважин, расположенных по всей африканской стране: шесть из них находились в предполагаемой зоне разлома, а два — за ее пределами (контрольная группа). Результаты превзошли все ожидания.

Ключ к открытию кроется в соотношении изотопов гелия. В атмосфере и земной коре соотношение гелия-3 и гелия-4 подчиняется хорошо известным и стабильным закономерностям. Однако в образцах, взятых из горячих источников Кафуэ, исследователи обнаружили изотопное соотношение, которое не соответствовало ни атмосферному, ни чисто коровому происхождению. В нем было слишком высокое содержание гелия-3, легкого изотопа, являющегося безошибочным маркером земной мантии — слоя расплавленной и полутвердой породы, простирающегося на глубину от 40 до 160 километров под нашими ногами.

«Горячие источники вдоль рифтовой зоны Кафуэ в Замбии имеют изотопные характеристики гелия, указывающие на прямую связь этих источников с мантией Земли», — сказал Дейли. Он добавил, с профессиональной осторожностью, что «эта связь с жидкостью свидетельствует об активности границы разлома рифтовой зоны Кафуэ, а следовательно, и Юго-Западной Африканской рифтовой зоны, что может быть ранним признаком фрагментации субсахарской Африки».

Чтобы понять масштабы того, что наблюдали эти ученые, необходимо помнить, что рифт — это не просто трещина. Это большой разлом в земной коре, который вызывает проседание грунта и, парадоксально, упругое поднятие вдоль его склонов. Многие из этих рифтовых систем останавливаются на полпути, прекращая свою активность до того, как полностью пробьют литосферу — жесткий слой, образующий тектонические плиты.

Но то, что Дейли и его команда обнаружили в Замбии, является именно доказательством того, что разлом завершил свой ход: жидкости, поступающие непосредственно из мантии, достигают поверхности, не будучи загрязненными или разбавленными при прохождении через верхнюю часть земной коры.

Метод, использованный исследователями, был столь же элегантным, сколь и информативным. Вместо того чтобы искать впечатляющие вулканические извержения или разрушительные землетрясения, они сосредоточились на невидимом шепоте газов. Они собирали образцы из спонтанного бурления воды в горячих источниках — явления, которое геологи с профессиональной иронией называют «бурлящим пистолетом». В лаборатории они разделили изотопы гелия, а также проанализировали наличие углекислого газа.

Результаты оказались убедительными: соотношение гелия совпало с измеренным в древней и хорошо изученной Восточноафриканской рифтовой системе, и, более того, обнаруженный углерод имел ту же изотопную сигнатуру, что и углерод, поступающий из мантийных флюидов.

Рифт Кафуэ — это не изолированная структура. Геологи годами наблюдали зону слабости длиной 2500 километров, которая тянется от Танзании до Намибии, — систему, которую некоторые исследователи даже рассматривали как возможную связь со Срединно-Атлантическим хребтом. Топография региона уже привлекла внимание оксфордской команды благодаря геотермальным аномалиям и обилию горячих источников, но требовались химические доказательства, которые они теперь представили. И эти доказательства неопровержимы: мантия вышла на поверхность.

Экономические последствия этого открытия немедленны и ощутимы. Рифтовые системы на ранних стадиях развития, подобные той, что подтверждена в Замбии, открывают потенциал для использования геотермальной энергии, которая может преобразовать местную экономику. В отличие от зрелых рифтов, где мантийные флюиды поступают уже смешанными с агрессивными и разбавленными вулканическими газами, на этих ранних стадиях доступ к внутреннему теплу Земли более чистый и управляемый.

Более того, наличие незагрязненного гелия и водорода открывает возможности для добычи этих ресурсов, которые находят применение в медицине, аэрокосмической отрасли и промышленности. Другими словами: там, где происходит раскол континента, есть энергия и ресурсы, ожидающие своего освоения.

Но долгосрочные последствия имеют почти невообразимые масштабы. Профессор Дейли, проявляя научную осмотрительность, объяснил, что современные модели указывают на два возможных сценария фрагментации Африки. С одной стороны, Великая рифтовая долина Кении с ее впечатляющими геологическими особенностями десятилетиями считалась главным кандидатом на роль линии разлома, которая разделит континент. Однако скорость рифтогенеза в этой системе низкая, а океанические хребты, окружающие Африку, создают напряжение, которое препятствует необходимому растяжению для завершения разрыва.

Юго -западная рифтовая зона Африки, подтвержденным фрагментом которой в настоящее время является Кафуэ, предстает как грозная альтернатива. Эта зона обладает всеми характеристиками, присущими активному рифтогенезу, но также имеет структурное преимущество: структура регионального фундамента, то есть присущие этой области слабости земной коры, благоприятно выровнена с окружающими океаническими хребтами и континентальной геоморфологией.

По мнению Дейли, такое расположение может обеспечить гораздо более низкий порог сопротивления для континентального разрыва. Проще говоря: африканский континент может расколоться вдоль берегов Замбии раньше, чем вдоль берегов Кении, и это исследование является первым признаком того, что этот процесс уже начался.

Сам Дейли, осознавая масштаб своих заявлений, выступил с необходимым предостережением для любого уважающего себя геолога: «Это исследование основано на анализе гелия из одного общего района в Юго-Западной Африканской рифтовой системе, протяженность которой составляет тысячи километров. За этим предварительным исследованием последуют более масштабные исследования, следующий этап которых будет завершен в этом году». Анализируемые образцы взяты из огромной и все еще малоизученной системы, и исследователи предупреждают, что наблюдаемая в Замбии закономерность может не повториться по всей рифтовой системе.

Тем временем команда из Оксфорда уже приступила к следующему этапу своих исследований. Новые, более масштабные исследования должны подтвердить, является ли обнаруженная в Кафуэ связь с мантией локальной аномалией или, наоборот, первым признаком процесса, который перепишет геологические карты будущего. Потому что то, что эти ученые обнаружили в пузырьках некоторых горячих источников Замбии, — это не просто академическая диковинка: это дыхание континента, который с невозмутимой медлительностью решает, где и когда он расколется.