Подводный вулкан в Тихом океане переписывает теорию образования земной коры 

Фото из открытых источников

У побережья Орегона десятилетиями наблюдают за беспокойным подводным вулканом, называемым Подводной горой Осиал. Ученые используют донные приборы, чтобы отслеживать, когда он наполняется воздухом, когда он содрогается и приблизительно когда произойдет извержение. Но никто до сих пор не видел, что на самом деле находится внутри.

Когда команда наконец составила трехмерную карту внутренней структуры вулкана, она не совпала с тем, что предсказывали учебники. Чего-то не хватало — чего-то, что геологи считали универсальным.

На протяжении десятилетий геологи опирались на четкую модель. Над глубокой магматической камерой находятся два отчетливых слоя: сверху — потоки лавы, а снизу — более толстая зона вертикальных трещин, заполненных затвердевшей магмой.

Образцы бурения и древнее морское дно, обнажившееся на суше, подтвердили это. Трещины питали каждое извержение, лава остывала, и новая океаническая кора росла слой за слоем.

Это прекрасно работает на многих хребтах. Но как быть с местами, где горячая точка — постоянный источник тепла, поднимающийся из глубин Земли, — на протяжении сотен тысяч лет закачивает магму в один и тот же участок? Это совершенно другая история.

Сатиш С. Сингх из Института физики Земли в Париже (IPGP) и группа его американских коллег отправились на поиски доказательств. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Подводная гора Аксиал расположена примерно в 480 километрах от побережья Орегона, в месте соединения хребта Хуан-де-Фука — рифта на дне Тихого океана — с горячей точкой Кобба. Кратер в форме подковы находится на глубине 1400 метров.

Подводная гора извергалась трижды на памяти ныне живущих – в 1998, 2011 и 2015 годах. В 2019 году исследовательское судно протянуло звукоприёмные кабели по участку морского дна размером 40 на 16 километров над Аксиалом. Оно отражало звуковые волны от породы и записывало эхо.

Команда Сингха обработала эти записи с использованием более точных методов, чем те, которые применялись в предыдущем исследовании, составив карту внутренней структуры вулкана вплоть до расплавленной породы под ним.

Новые 3D-изображения показывают то, чего не предсказывал учебник. Толстая зона вертикальных трещин — так называемые пластовые дайки — должна располагаться между лавой и магмой. Но её там нет.

Слои лавовых потоков спускаются на глубину более 3000 метров до самого верха магматического резервуара. Между ними ничего нет.

Некоторые вертикальные трещины, должно быть, все еще существуют, поскольку лава во время извержений каким-то образом должна достигать поверхности. Но на большей части исследуемой территории классический слой даек исчез.

Слои лавы ведут себя еще необычным образом. Вместо того чтобы лежать ровно, они наклоняются внутрь, изгибаясь вниз к центральному кратеру. Более глубокие слои наклоняются круче — до 18 градусов вблизи магмы под ними.

Команда Сингха выявила две вероятные причины этого явления. Трещины по бокам вулкана медленно расширялись, образуя пространство под ним. Крупные извержения также могут истощать резервуар, вызывая провисание морского дна. Свежая лава, в свою очередь, заполняет образовавшуюся впадину.

Здесь сюрприз становится еще больше. Трехмерные изображения показывают, как расплавленная порода распространяется наружу вдоль самих слоев лавы.

Эти плоские пласты магмы, называемые расплавными силлами, впрыскиваются в более древнюю лаву в боковом направлении, а не поднимаются в виде вертикальных трещин.

До настоящего времени никто напрямую не наблюдал подобное боковое внедрение в верхнюю кору действующего вулкана. Боковое движение указывает на то, что система вулкана работает иначе, чем это учитывалось в стандартной модели. У него совершенно другая архитектура.

Более глубокие слои лавы примыкают вплотную к горячему магматическому резервуару – трехмерные изображения показывают их прямой контакт. Пропитанные водой океанические породы плавятся при температуре около 800 ° C, что значительно ниже температуры свежей магмы, превышающей 1093 ° C.

Команда Сингха считает, что контакта достаточно, чтобы расплавить старую лаву и затянуть ее обратно в магму под землей. Здесь происходит не просто рост земной коры. Возможно, она также подвергается переработке.

Идея не нова — геохимики намекали на подобное смешивание из-за необычного химического состава лавы. Но трехмерные изображения показывают физическую структуру, которая сделала бы это возможным.

Подобные наклонные слои лавы встречаются только в одном другом месте – в Исландии, которая также расположена над горячей точкой. Там эти слои наклонены внутрь, к спрединговому хребту, как и на подводной горе Аксиал.

В более ранних работах причиной наклона считался огромный вес скопившейся лавы. Исследователи предполагают, что основной причиной изгиба может быть другой фактор — сдувание магматического резервуара после каждого крупного извержения.

Если это подтвердится, то рецепт формирования земной коры в хребтах, питаемых горячими точками, — включая хребет, из которого образовалась сама Исландия, — может выглядеть совсем иначе. Толстый слой даек может образовываться только там, где запасы магмы меньше.

Подводная гора Аксиал давно назрела и ожидает мощного извержения. Вулкан снова набрал силу с 2015 года, и сейсмический мониторинг показывает, что он приближается к очередному извержению.

Приборы на подключенной к сети обсерватории будут фиксировать движение системы: подъем свежей магмы, дефляцию резервуара, провисание морского дна.

Это открытие переосмысливает представление о том, как выглядит верхняя часть земной коры в районе хребта, питаемого горячими точками. Это не аккуратный двухслойный пирог, а стопка лавовых потоков, переплетенных расплавленными пластами. И она частично расплавлена там, где соприкасается с расположенным ниже резервуаром.

Исследователи, изучающие Исландию, древние донные плиты, обнажившиеся на континентах, и другие срединно-океанические хребты, питаемые горячими точками, теперь имеют новый образец для сравнения. Классическое описание того, как океаны формируют свое дно, явно нуждается в тщательной переработке.