Мертвые тектонические плиты питают вулканы на глубине более 600 километров

Фото из открытых источников

Когда геологи обнаруживают необычно толстую океаническую кору, они обычно приводят одно и то же объяснение. Мантийный плюм, представляющий собой столб раскаленной породы, поднимающийся из глубин Земли, плавит свою массу и образует обширные вулканические плато. Эта идея объясняет происхождение многих самых толстых участков морского дна в мире.

Один регион в Северной Атлантике всегда было сложнее объяснить. Его земная кора в несколько раз толще, чем ожидалось, а его лавы содержат больше воды, чем должен содержать мантийный плюм.

Новое исследование утверждает, что ответ может заключаться вовсе не в тепле, а в холодном остатке, оставленном древним океаном. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Эта аномалия — Азорское плато, обширный холм в Северной Атлантике, усеянный девятью вулканическими островами. Обычная толщина океанической коры составляет около 6 километров. Здесь же она расширяется до 30 километров. Для такой толстой коры классическим объяснением всегда считался мантийный плюм. Гавайи и Исландия — типичные примеры. Азорские острова никогда не были идеальным вариантом.

Цзяньфэн Ян из Китайской академии наук в Пекине возглавил группу исследователей, которых озадачило это несоответствие. Они проверили эту идею, используя моделирование течения и плавления мантии. Моделирование показало, что одного лишь мантийного плюма недостаточно для объяснения наблюдаемых явлений.

Тропа ведет к переходной зоне — слою мантийных пород, расположенному примерно в 400–650 километрах от поверхности, где минералы содержат большое количество воды. Доказательством тому служит алмаз, поднятый оттуда, содержащий богатое водой зерно. Одно исследование показало, что глубинные слои Земли отнюдь не сухие.

Вода достигает таких глубин в результате субдукции — медленного процесса, при котором одна плита скользит под другую и погружается в мантию. Спускающаяся плита увлекает вниз пропитанные водой камни. Большая часть выжимается у поверхности, но некоторая часть попадает в переходную зону и остается там.

Эти погружающиеся плиты — это древние океанические отложения, плиты, которые завершили свою жизнь и сползли в глубины. На протяжении сотен миллионов лет их запасы воды накапливаются в отдельных участках переходной зоны. В одном из обзоров круговорота глубинных вод эта транспортная система описана подробно.

В ходе моделирования команда задала срединно-океанический хребет, дрейфующий по морскому дну. Под ним находилась мантийная порода, содержащая несколько десятых процента воды. Затем они запустили в процесс физические процессы.

Вода меняет свойства горных пород. Даже небольшое количество воды позволяет породам мантии плавиться при более низких температурах, чем это было бы возможно при воздействии сухой породы.

По мере того, как горный хребет двигался над влажным участком, этот влажный материал поднимался вверх и начинал плавиться. Он производил гораздо больше магмы, чем сопоставимая с ним сухая порода.

Постоянная горячая точка истощала бы запасы энергии в одном месте, но движущийся срединно-океанический хребт постоянно скользил бы в свежую, влажную мантию, подпитывая извержение за извержением. Дрейф был движущей силой. Это всего лишь результаты моделирования и лишь предлагаемый механизм, а не снимок состояния морского дна.

Согласно моделям, этот длительный период таяния привел к образованию океанической коры толщиной от девяти до девятнадцати километров, что в несколько раз превышает норму для океанической коры и точно соответствует диапазону, измеренному под Азорскими островами.

Этот механизм воспроизвел особенности, которые модели плюмов с трудом могли объяснить. Плавление происходило вдоль движущегося хребта, а не в фиксированной точке. Вследствие этого извержения распространялись на более обширную территорию, а не концентрировались в одной вулканической цепи.

Поскольку исходная порода в модели была влажной, лавы несли на себе влажный отпечаток, характерный для настоящих азорских горных пород. Исследователям уже было известно, что в недрах Земли находится вода и что выбросы парниковых газов могут поднимать плато.

Никто не показал рисунок мигрирующего хребта, который засыпал водой поверхность, образовав толстую корку самостоятельно. В этом сценарии вода играла доминирующую роль, а не тепло.

Это полностью меняет привычную картину извержений вулканов вдали от границ тектонических плит. Вместо необычно горячей мантии, поднимающейся из глубины, источником может быть древняя вода, высвободившаяся из переходной зоны и попавшая в зону влияния проходящего хребта. Плюм больше не является единственным подозреваемым.

Это также позволяет рассматривать эти давно отмершие плиты как активных участников процесса. Плиты, опустившиеся в мантию сотни миллионов лет назад, все еще могут влиять на вулканическую активность на поверхности через воду, которую они оставили после себя.

Та же логика может распространяться и за пределы одного плато. Обширные участки глубоких горных пород несут в себе странные химические сигнатуры, которые долгое время ставили в тупик геохимиков, — слабые следы поверхностного материала, запертые далеко под землей.

Поднимающаяся из древних плит переработанная вода предлагает одно из возможных объяснений этих следов, и эта возможность продолжает исследоваться в одной из недавних научных работ.

До этой работы толстая земная кора и влажные лавы Азорских островов неуместно располагались на фоне одних лишь мантийных плюмов. Теперь появилась альтернатива.

Модель предполагает, что вода, переработанная из древних тектонических плит, хранившаяся на глубине сотен километров и поднимавшаяся по извилистому хребту, могла самостоятельно сформировать плато.

Это даёт геологам новый взгляд на многочисленные океанические плато и одиночные вулканы, которые никогда не располагались непосредственно над плюмом. Некоторые из них могут быть образованиями влажной мантии, а не горячими вулканами.

Составление карты мест, где древние плиты хранили воду, может помочь определить, где могут происходить аналогичные вулканические процессы. Это также укрепляет связь между поверхностью Земли и ее глубинами.

Вода, некогда наполнявшая океан, может исчезнуть на века, а затем вернуться, способствуя образованию островов. Планета обладает долгой памятью, и следы древних океанов могут до сих пор формировать поверхность планеты.