Вулканический покров сохранил древний ландшафт Анд на протяжении 22 млн лет

Фото из открытых источников

Вулканическое извержение 22 миллиона лет назад погребло под собой часть Анд, сохранив следы, свидетельствующие о том, как медленно поднимались горы. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.

Горы кажутся вечными, но они движутся. Под поверхностью тектонические силы выталкивают породы вверх, а дождь и реки размывают их сверху. Измерить скорость этого процесса десятки миллионов лет назад сложно, поскольку обычные методы охватывают лишь определенные моменты времени.

На территории современного северного Чили гигантское извержение, произошедшее почти 22 миллиона лет назад, сохранило эти свидетельства. Оно погребло целый ландшафт под слоем вулканической породы такой толщины и равномерного наклона, что под ним могла поместиться только пологий рельеф.

Согласно расчетам исследователей, земля под этим покровом поднималась не быстрее, чем примерно на дюйм в столетие. Это подтверждает точку зрения о том, что Анды росли медленно и неуклонно.

Извержение произошло из кальдеры Лаука на крайнем севере Чили, широкой впадины, образовавшейся в результате обрушения земли во время крупного извержения. Геологи считают, что именно она образовала слой породы, который они называют игнимбритом Кардонес, — самый крупный из нескольких, отложившихся во время взрывной вулканической активности в этом регионе.

Аналогичные отложения лежат в основе молодых вулканов, расположенных к востоку, включая Паринакоту и Померапе. Байрон Адамс, ученый-геолог из Университетского колледжа Лондона, возглавлявший исследование, сравнил это извержение с тем, которое похоронило Помпеи.

«Этот ландшафт был погребен под гигантским вулканическим извержением — чем-то похожим на Помпеи, но в гораздо большем масштабе», — сказал Адамс. «Вместо того чтобы покрыть город, горячие смеси вулканического пепла, обломков горных пород и газа прокатились по всей территории, поглотив землю под собой».

Объём горных пород, образовавшихся в результате этих потоков, составляет более 1260 кубических километров. Местами его толщина достигает примерно 1 километр. Первоначально его верхняя поверхность была слегка наклонена на запад примерно на 1,5 градуса.

Подобные отложения истончаются по мере удаления от вулкана, и их источник должен находиться выше уровня земли, по которой текут потоки. Следовательно, погребенный ландшафт не мог быть круче поверхности отложений. В противном случае его самые высокие точки выступали бы над вулканическим покровом.

«Это означает, что вулканический покров действует почти как фильтр, — сказал Адамс. — Он в первую очередь сохраняет ландшафты, которые и до извержения были относительно нетронутыми».

Крутизна ландшафта в основном зависит от того, насколько быстро тектонические силы выталкивают горные породы вверх и насколько легко реки врезаются в них. Быстро поднимающиеся породы, сопротивляющиеся эрозии, образуют крутые склоны; мягкие или медленно поднимающиеся породы в итоге превращаются в невысокие холмы.

Адамс работал с Фрэнсис Купер, Клементиной Уолш и Кэтрин Кэшман, коллегами из Университетского колледжа Лондона (UCL), Бристольского университета и Университета Орегона. Их компьютерная модель имитирует речные сети, врезающиеся в участок земли размером примерно в 22 километра с каждой стороны. Они запускали модель 560 раз, используя различные комбинации скорости поднятия и сопротивления эрозии. В каждом запуске реки вырезали рельеф до тех пор, пока изменения ландшафта не прекращались.

Под этим слоем породы могли оказаться лишь самые пологие ландшафты, те, которые имели не больший наклон, чем поверхность Кардонес. С учетом сопротивления, измеренного по коренным рекам в других местах, команда подсчитала, что порода поднималась не быстрее, чем примерно на 2,6 сантиметра в столетие.

Для сравнения, на Тайване горные породы поднимаются и разрушаются примерно на 40-60 сантиметров в столетие. По словам Адамса, один дюйм в столетие звучит медленно, но в сумме это дает значительный результат.

«Важно понимать, что горы не поднимаются просто как лифт», — объяснил он. «По мере того, как тектонические процессы выталкивают породы вверх, эрозия также удаляет материал с поверхности. Если эрозия будет успевать за поднятием горных пород, поверхность горного хребта может подняться совсем незначительно».

По словам Адамса, среди геологов существуют разногласия относительно того, как Анды достигли своей высоты: медленно и постепенно в течение 40 или 50 миллионов лет, или же в результате позднего всплеска после долгого и медленного начала. «Наши выводы, охватывающие значительную часть середины этой истории, подтверждают гипотезу о медленном, но устойчивом развитии», — сказал он.

Более ранние данные указывают на то же самое. Минералы в горных породах региона свидетельствуют о том, как они охлаждались на пути к поверхности. Исследования этого охлаждения показали аналогично медленный подъем уровня воды за последние 50 миллионов лет.

«Мы не можем раскопать землю, чтобы увидеть погребенный ландшафт, но мы можем использовать форму вулканического покрова и наши знания о том, как реки формируют горы, чтобы предположить, что скрывается под ним», — сказал Адамс.

Модель использует исключительно реки для формирования ландшафта и не учитывает медленное сползание склонов холмов, поэтому ее значения уклона являются верхними пределами. Она также предполагает, что горные породы поднимались и подвергались эрозии с одинаковой постоянной скоростью по всей поверхности.

Когда команда протестировала миллионы более сложных форм рек, каждая из них в среднем оказалась более пологой. Таким образом, показатель «дюйм за столетие» — это скорее верхний предел, чем точный показатель.

Наименее надежным фактором является то, насколько легко реки того времени прорезали скалы. Этот показатель был получен из других регионов, и более мягкий или влажный ландшафт может оставаться пологим, даже если уровень воды быстро повышается.

Подобные месторождения существуют от Аляски до Индонезии и Аргентины. «Тот же подход можно применить к вулканическим отложениям в других частях мира, что поможет нам реконструировать ландшафты, погребенные под землей миллионы лет», — говорит Фрэнсис Купер, соавтор исследования из Университетского колледжа Лондона.

Следующий вопрос, который волнует команду, — как такое извержение влияет на горный хребет. На вопрос о дальнейших последствиях Адамс ответил, что отложения могут заполнить долины, нарушить речные сети и изменить рельеф местности.

«Как реки восстанавливаются после подобных нарушений? Сколько времени требуется, чтобы они снова прорезали вулканическую породу? И могут ли извержения такого масштаба повлиять на долгосрочную эволюцию горного хребта?» — сказал он.

Спустя двадцать два миллиона лет реки северного Чили так и не завершили прокладку новых русел через отложения Кардонес.