Тысячи подводных гор не соответствуют теории о гавайском вулкане

Фото из открытых источников

Гавайский архипелаг рассказывает вполне логичную историю. Тектоническая плита медленно дрейфует над неподвижной горячей точкой, расположенной в мантии, и через неё последовательно прорываются вулканы, самые старые из которых находятся дальше всего от источника.

Эта модель сохраняется уже несколько десятилетий и работает примерно для 50 известных вулканических цепей. Проблема в том, что на дне океана разбросано более 40 000 подводных гор, и теория горячих точек почти ничего из них не объясняет.

Подводные горы — подводные вершины, поднимающиеся со дна океана, но никогда не достигающие поверхности, — в огромном количестве усеивают океанские бассейны мира. Некоторые подводные горы выстраиваются в длинные, аккуратные цепочки. Другие же стоят поодиночке, разбросанные по морскому дну без какой-либо очевидной закономерности.

Геологи давно объясняли образование таких известных архипелагов, как Гавайские острова, тем, что они представляют собой постоянную горячую точку, расположенную под дрейфующей тектонической плитой. Однако эта лаконичная история охватывала лишь около 50 горных хребтов, оставляя тысячи одиноких вершин без объяснения причин.

Лицзюнь Лю, профессор Китайской академии наук (КАН), поставил перед собой задачу восполнить этот пробел. Его команда с помощью компьютера воссоздала медленное движение недр Земли на протяжении 270 миллионов лет, а затем наблюдала за тем, где должны образоваться подводные горы. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Geoscience.

В основе классической концепции «горячей точки» лежит всего одна подвижная часть. Столбы перегретой породы, называемые мантийными плюмами, поднимаются из области вблизи границы ядра и мантии, на глубине почти 3 тысячи километров, и расплавляют дрейфующую над ними плиту.

По мере скольжения тектонической плиты плюм остается на месте и извергает один вулкан за другим – самые старые из них находятся дальше всего от горячей точки, что точно соответствует возрастному порядку, который демонстрирует Гавайская архипелаг.

Сканирование недр Земли с помощью звуковых волн подтверждает существование глубоких корней, отслеживая обширные шлейфы под основными горячими точками в одном из исследований.

Однако загвоздка в том, что этот метод работает только для небольшой части вулканов морского дна, поскольку большинство разбросанных подводных гор вообще не имеют четкой возрастной последовательности.

На протяжении десятилетий исследователи спорили о том, откуда взялись эти одинокие конусы. Ясного ответа так и не было. Чтобы разрешить этот вопрос, группа Лю рассматривала недра планеты как систему, которую можно было бы перемотать вспять.

Используя высокоточную модель распространения тепла в мантии, они пошагово смоделировали на компьютере медленный, бурлящий поток, длившийся 270 миллионов лет. Требовались серьёзные вычислительные мощности. Вычисления проводились на одном из самых быстрых суперкомпьютеров Китая, обеспечивающем достаточно высокую точность, чтобы отслеживать отдельные плюмы по мере их подъёма и остановки под движущимися тектоническими плитами на протяжении сотен миллионов лет.

В результате получилась подвижная карта горячего недр Земли, которую команда смогла сравнить с реальной картой морского дна. Горячие зоны в модели совпали по возрасту и положению с известными цепями подводных гор, начиная примерно со 100 миллионов лет назад.

Модель выявила то, что упустила из виду теория цепочки и горячих точек. Согласно результатам моделирования, когда плюм впервые достигает нижней стороны молодой плиты, он не сверлит одно аккуратное отверстие – его широкая головка распространяется и накапливает тепло, рассеивая его по обширной области астеносферы, мягкого слоя, расположенного непосредственно под тектоническими плитами.

На протяжении ранней Тихоокеанской плиты эти горячие зоны питали извержения вулканов, возраст которых неупорядочен. Именно такой разрозненный рисунок можно наблюдать сегодня в плотном скоплении подводных гор в западной части Тихого океана.

Это был обширный резервуар тепла, а не один узкий стержень. Это тепло не исчезло после образования вулканов. В модели оно сохранялось в астеносфере в течение десятков миллионов лет, перемещаясь по мере перемешивания мантии.

Команда назвала эти теплые участки зонами вулканической активности на подводных горах, где небольшие вулканы продолжают извергаться еще долго после того, как сам шлейф рассеивается. Все это связывало воедино одна деталь. Чем сильнее нагревался остаточный участок в модели, тем выше, как правило, была подводная гора над ним.

Более ранние работы по рассеянному вулканизму, например, статья о глубоководном апвеллинге, так и не смогли установить эту связь. 

В этой модели есть еще один нюанс. Плюмы не всегда остаются в виде единых столбов. Глубоко под землей они могут разделяться. Один корень разветвляется на несколько, каждый из которых питает свой собственный участок расплава на поверхности.

Такое разветвление приводит к увеличению количества горячих точек и, вместе с ними, к возможному образованию цепочек подводных гор — эффект, на который намекает технология звуковых волн, о чем свидетельствует одно исследование, в котором нанесено на карту древовидное распространение шлейфов глубоко под океаном. Чем больше шлейфов дыма, тем больше цепей, и тем меньше требовалось нового оборудования.

Стареющая Тихоокеанская плита добавила последний фрагмент. По мере своего роста и дрейфа она скользила по плюмовым отросткам, когда-то принадлежавшим соседним плитам, которые теперь отступали. Эти узкие хвосты оставляли аккуратные, выровненные по возрасту следы, а скопившаяся более старая теплота продолжала порождать разрозненные конусы.

До этой работы в данной области существовало одно объяснение упорядоченных цепей и множество предположений по всем остальным вопросам. Единого ответа так и не было найдено. Моделирование объединяет оба подхода в единую картину: каждая подводная гора, расположенная далеко от края плиты, выстроенная в ряд или одиночная, восходит к глубинным мантийным плюмам.

Это дает геологам единую модель для проверки на реальном морском дне, вместо того чтобы жонглировать конкурирующими теориями для каждого отдельного вулкана. Это также превращает океанические бассейны в летопись мест, где когда-то скапливалось глубокое тепло. В конце концов, одинокие вершины, разбросанные по морскому дну, вовсе не были случайными.

Они представляют собой охлаждающий след плюмов, которые распространяют свое тепло и исчезают на протяжении сотен миллионов лет, оставляя на морском дне длинный след глубинных изменений планеты.