Ученые утверждают, что земная кора «раскрывается» под Италией

Фото из открытых источников

Глубоко под нашими ногами медленно вращающийся механизм Земли неустанно работает. Континенты сталкиваются. Края тектонических плит смещаются одна под другую в мантию. Поднимаются горы, зияют пропасти, а под всем этим происходит непрекращающийся процесс конвекции – с такой постепенностью, что человеческому глазу мир кажется неизменным.

Для нас обратный путь от геологии поверхности к хтоническим процессам, которые до сих пор её формируют, немного похож на попытку восстановить фильм из одного кадра. И один особенно загадочный пример можно найти в Апеннинских горах, которые образуют основу итальянского полуострова.

Здесь земная кора разрывается вдоль горного хребта, одновременно сжимаясь по его внешнему краю. Некоторые части региона поднимаются, другие опускаются. И землетрясения по обе стороны хребта рассказывают столь же противоречивые истории.

Теперь геологи во главе со Стефано Тавани из Флорентийского университета считают, что нашли ответ: земная кора «раскрывается» под Италией, порождая странные геологические образования на поверхности. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Это процесс, известный как деламинация, при котором плотная нижняя кора и прикрепленная к ней литосфера отслаиваются от вышележащей коры и погружаются в мантию.

По словам Тавани и его коллег, под Апеннинами этот процесс происходит не везде одновременно; скорее, подобно молнии, он имеет одну переднюю часть, известную как шарнир, где происходит отслоение, и эта передняя часть медленно перемещается под Италию в сторону Адриатического предгорья.

Апеннинские горы тянутся примерно на 1200 километров вдоль всего итальянского полуострова и долгое время представляли собой геологическую загадку. Как и многие горные хребты, Апеннины образовались в результате столкновения тектонических плит, которые на протяжении миллионов лет сжимали, сминали и утолщали земную кору, создавая величественные вершины.

Но тектоническая система под Италией не просто продолжала двигаться в том же направлении. По мере того, как плита породы, постепенно погружающаяся в мантию, отступала, земная кора за растущим горным хребтом разрывалась, открывая Тирренское море. Это поставило Апеннины в необычное положение. Даже когда внешний край горного хребта продолжал сжиматься, земная кора дальше по склону растягивалась.

«Парадокс одновременного горизонтального сжатия и растяжения в конвергентных горных поясах остается фундаментальной и в значительной степени нерешенной проблемой в континентальной динамике», — говорится в описании этого противоречия в отчете журнала Annals of Geophysics за 2006 год.

На протяжении миллионов лет эти противоположные движения были частью одной и той же тектонической системы. Примерно от 10 до 2 миллионов лет назад сокращение центральной части Апеннин на 100 километров сопровождалось аналогичным растяжением в Тирренском регионе позади них.

Ранее это одновременное сжатие и растяжение объяснялось отступлением плиты – отступлением опускающейся плиты, растягивающей земную кору за горным фронтом, даже когда сжатие продолжалось дальше на восток.

Но примерно 2 миллиона лет назад произошли изменения. Основная фаза растяжения, приведшая к образованию Тирренского моря, подошла к концу, и последующее сокращение вдоль Апеннинского фронта резко замедлилось.

Однако парадоксальная деформация горного хребта продолжалась. По-видимому, происходило что-то еще.

Для проведения исследования Тавани и его коллеги объединили несколько различных данных о горном хребте: от многолетних наблюдений за землетрясениями и GPS-данных до спутниковых радиолокационных наблюдений и карт границы между земной корой и мантией — области, которую ласково называют Мохо, сокращенно от разрыва Мохоровичича.

Выявилась убедительная закономерность. Различные виды деформаций, по-видимому, были сосредоточены вокруг одной и той же структуры глубоко под Апеннинами.

На протяжении более чем 500 километров вдоль горного хребта исследователи обнаружили зону, где граница Мохоровичича под Тирренским морем перекрывает границу Мохоровичича под Адриатическим морем.

Они интерпретируют эту двойную корку как область, где отслаивается нижняя кора – движущийся фронт процесса «расстегивания» – подобно точке, в которой кусочек скотча отслаивается от поверхности при отклеивании.

Вокруг него также сосредоточены землетрясения. Позади и над фронтом механизмы землетрясений в основном указывают на разрыв земной коры; перед ним — в основном на её сжатие.

Измерения с помощью GPS подтверждают эту картину. По всей горной цепи исследователи зафиксировали ежегодное расширение примерно на 4 миллиметра, в то время как ближе к ее внешней границе часть этого движения компенсируется примерно 2 миллиметрами ежегодного сокращения.

Исследователи описывают это как «гармошкообразную» деформацию: горный пояс растягивается изнутри, одновременно укорачиваясь спереди.

Отступление плит могло бы объяснить подобную закономерность на ранних этапах эволюции Апеннин. Но этого объяснения недостаточно для того, что мы наблюдаем сейчас. Тавани и его коллеги утверждают, что продолжающаяся деламинация под горами обеспечивает недостающий внутренний механизм.

Впереди мигрирующего шарнира нижняя кора и литосферная мантия остаются прикрепленными к погружающейся плите, которая тянет кору вниз. Однако по мере прохождения шарнира и отслоения нижних слоев эта нисходящая нагрузка снимается.

Оставшаяся часть земной коры может затем распрямиться и подняться вверх, поскольку более плотный материал под ней заменяется более плавучей мантией. Этот процесс вызывает растяжение за шарниром, даже несмотря на то, что все еще прикрепленная к нему кора перед ним испытывает сжатие и опускание.

Это неполная картина; модель намеренно упрощена, и остаются вопросы относительно точной структуры плиты под Апеннинами. Для понимания всей сложности мантии и земной коры в процессе их деформации с течением времени потребуются более сложные модели.

Однако результаты исследования позволяют предположить, что Апеннины могут преподнести геологам редкий дар – «эмпирическое, геодезически обоснованное подтверждение латерально перемещающегося шарнира деламинации, отслеживающего отслоение мантии и литосферы в режиме реального времени», – пишут исследователи.