Глубинные слои Земли содержат в себе примерно столько же воды, как и ее океаны, благодаря тому, что туда уже более трех миллиардов лет попадает кора со дна морей планеты, насыщенная влагой. К такому выводу пришли российские и зарубежные ученые, опубликовавшие статью в журнале Nature.

 "Мы представили геохимические данные, указывающие на то, что цикл глобального погружения океанической коры в мантию начался гораздо раньше, чем считает большинство специалистов, и мог функционировать уже в течение первого миллиарда лет истории Земли", – отметил Александр Соболев из Института геохимии и аналитической химии РАН.

Изучение структуры дна Марианской впадины помогло геологам вычислить примерное количество воды в недрах Земли и обнаружить, что ее там примерно в три раза больше, чем считалось ранее. Их выводы были представлены в журнале Nature.

Трехмерная карта дна Марианской впадины."Мы давно спорили о том, как много воды попадает в мантию Земли вместе с "тонущей" морской корой, а также о том, меняется ли ее доля в разных зонах субдукции в зависимости от того, как породы "ныряют" в недра планеты. Марианская впадина позволила нам заглянуть настолько глубоко в эти разломы, как раньше никто не делал", — заявил Даг Винс (Doug Wiens) из университета Вашингтона в Сент-Луисе (США).

Ученые обнаружили значительное расхождение между теоретическими расчетами вертикальных движений мантийных плюмов и наблюдениями. Оказалось, что потоки мантии совершают вертикальные колебания на порядок быстрее, чем предполагалось. Работа опубликована в журнале Nature Geoscience, коротко о ней сообщает пресс-служба Кембриджского университета.

Земля в разрезеМантия Земли — это второй слой нашей планеты, расположенный под земной корой на глубине до 30 км. Мощность мантии достигает местами 3 тысяч км. На таких глубинах изучение структур происходит с помощью сейсмической томографии во время подземных толчков.

Считается, что мантия состоит из силикатных расплавов, в которых благодаря подогреву от раскаленного ядра планеты, происходит конвективное движение. Точно измерить это движение мантийных струй и плюмов ученые никогда не могли, они только делали примерные расчеты. А между тем, мантийная конвекция во многом определяет облик поверхности Земли.

Циркуляция мантийного расплава служит причиной образования гор, вулканизма и разных сейсмических процессов вдали от краев тектонических плит, — примером послужат Гавайские острова. Из-за мантийных плюмов тают даже ледники, как доказали недавно российские ученые на примере Гренландии. 

Впервые измерить вертикальные движения в мантийном расплаве удалось ученым из Кембриджского университета. Они проанализировали более 2000 сейсмических измерений на дне мирового океана и создали глобальную базу данных мантийных движений. Они убедились, что конвекция в мантии происходит довольно хаотично, а ее пики приходятся на масштабы порядка 1000 км, а не 10000 км, как предсказывалось теоретическими расчетами, то есть движения вверх-вниз имеют заметно меньшую амплитуду.

Как пояснил пресс-службе Марк Хоггард (Mark Hoggard) из отдела наук о земле Кембриджского университета, ведущий автор статьи, речь идет о движениях мантии на геологических масштабах времени, насчитывающих миллионы лет.

Результаты, полученные авторами статьи, затрагивают интересы сразу многих специалистов, включая поисковиков на газ и нефть, которым важны скорости движения осадочных толщ, вмещающих резервуары углеводородов. И конечно, первые пользователи новой информации — геологи, изучающие тектонику плит.

Источник: Научная Россия

Российские и немецкие физики и геологи обнаружили ранее неизвестную прослойку в мантии Земли, в которой содержится гигантское количество жидкого кислорода, экспериментируя с лазерным прессом-"наковальней" в Немецком синхротронном центре DESY, о чем они рассказали в своей статье в журнале Nature Communications.

Недра Земли"По нашим оценкам в этом слое содержится примерно в 8-10 раз больше кислорода, чем в атмосфере Земли. Это было большим сюрпризом для нас, и мы пока не знаем, что происходит с этими "кислородными реками" в недрах планеты", — заявила Елена Быкова из университета Байрейта (Германия).

Быкова и ее коллеги нашли неожиданный источник и скопление кислорода в недрах Земли, наблюдая за тем, как ведут себя различные виды оксида железа, одного из основных компонентов глубинных пород, при разных температурах и давлениях.

Как объясняют ученые, в нормальных условиях оксид железа в породах Земли представляет собой гематит – соединение из двух атомов железа и трех атомов кислорода. В последние годы, по словам Быковой, химики и физики открыли несколько новых "версий" оксида железа, которые формируются при высоких давлениях и температурах и содержат в себе экзотическое число атомов —  Fe₄O₅, Fe₅O₆, или к примеру, Fe₁₃O₁₉.

Авторы статьи выяснили, что этим список оксидов железа не ограничивается, проследив за тем, как ведут себя гематит и его "магнитный" тезка магнетит, Fe₃O₄, в условиях, приближенных к ядру и мантии Земли, сжав их при помощи лазерных "тисков" PETRA III до давления, превышающего атмосферное в 670 тысяч раз.

Эта операция привела к разложению гематита и формированию нового экзотического оксида железа, Fe₅O₇, при давлениях и температурах, соответствующим глубине в 1500 километров. Дальнейшее сжатие привело к формированию еще одного неизвестного оксида, Fe₂₅O₃₂. И то и другое, как рассказывают исследователи, привело к выбросу огромной массы кислорода, который на такой глубине и при таком давлении превращается не в газ, а в жидкость.

Потоки этой жидкости, по мнению Быковой и ее коллег, часто текут через мантию в тех ее точках, где залежи магнетита и гематита, сформировавшиеся на дне моря, "текут" вместе с остальной материей мантии и коры по направлению к ядру Земли.

Судьба этого кислорода остается неизвестной – данные кислородные "реки" могут в равной степени как взаимодействовать с окружающими породами и окислять их, так и подниматься в более высокие слои мантии и даже выше.

В любом случае, присутствие кислорода, как отмечает Максим Быков, один из других авторов статьи, говорит о том, что в недрах Земли могут происходить сложнейшие и активнейшие химические процессы, о существовании которых мы пока не знаем, и которые могут влиять не только на геохимию, но и на климат и состояние атмосферы планеты.

Источник: РИА Новости

Когда теории тектоники плит ещё не было, шла дискуссия о том, движутся ли континенты Земли. Самое подробное и самое известное обоснование движению континентов было дано Альфредом Вегенером в начале XX века. Ему справедливо возразили, что он не смог предложить механизма, стимулирующего этот «дрейф континентов». 

Исландия — часть срединно-океанического хребта, где литосферные плиты расходятся в стороны и образуется новая кора, вздымаясь над уровнем моря. (Фото Howard Ignatius.) Пробел в 1928 году восполнил Артур Холмс: конвекция породы в мантии тянет за собою литосферные плиты. Когда тектоника плит была принята в качестве основной геологической теории, это объяснение получило всеобщее признание. Однако альтернативные гипотезы продолжали появляться. Одна из них гласит, что понижение океанических плит в зонах субдукции (из-за разницы в плотности) производит силу, которая растягивает часть плиты, всё ещё находящуюся на поверхности. Когда плиты перемещаются, они тянут за собой соседнюю мантию.

Сегодня благодаря очень точным наблюдениям у исследователей есть доказательства, что по крайней мере в одном месте именно мантия стимулирует движение плиты, а не движима ею. Если то же самое будет обнаружено в других местах, нас ждёт решение одного из самых старых вопросов в геологической теории. 

По сути, дискуссия ведётся о роли этих факторов. Можно сосредоточиться на одной из частей вопроса, а именно на том, как в мантии поднимается горячая порода, что приводит к вулканической активности в срединно-океанических хребтах. Причина в самой мантии или в движении океанической плиты, из-за которого возникает разрыв в земной коре, заполняющийся горячей породой из мантии? 

Ответа до сих пор нет отчасти из-за того, что изучение мантии — дело нелёгкое. Зато у нас есть постоянно совершенствующаяся технология сейсмического исследования строения мантии. И с её помощью группа японских учёных во главе с Сюити Кодайра сумела составить очень подробную карту древнего участка коры у побережья Японии. 

Геологи провели измерения вдоль двух линий — параллельно срединно-океаническому хребту (сейчас он лежит ниже Японии), где формировалась кора, и перпендикулярно к нему. Выявлено местоположение показательных слоёв в породе, которые отразили часть сейсмической энергии. Кроме того, была учтена скорость прохождения сейсмических волн через различные области: этот показатель свидетельствует о составе, структуре и температуре породы. 

Полученные изображения продемонстрировали ряд равномерно сменяющих друг друга поверхностей, наклонённых по отношению к древнему хребту, как книги на полупустой полке. Они начинаются на границе мантии и идут в океаническую плиту. Верхняя часть мантии обладает большой «сейсмической анизотропией», то есть сейсмические волны проходят быстрее в одном направлении, чем в другом. 

Анизотропия — результат, вероятно, выравнивания минеральных кристаллов, составляющих породу мантии. Почему они выровнены? Представьте себе, что вы добавили в тесто карамельную крошку. Если вы раскатывали тесто в одном направлении, то расположение крошки отразит этот факт. Следовательно, мантию тоже растягивали в одном направлении. 

Из сказанного следует, что мантия и кора двигались в одном направлении (прочь от срединно-океанического хребта), но с различной скоростью. Кто же был быстрее, кто кого тянул за собой? 

Тут-то исследователям и помогли наклонённые поверхности. Их замечали и прежде, объясняя по-разному: разломы, слои базальта, результат различия в скорости мантии и коры. Новые детали говорят в пользу последнего из вариантов: поверхности напоминают хорошо известный тип деформации, вызываемый напряжением сдвига. 

В данном случае мантия перемещалась быстрее, чем океаническая плита. Иными словами, мантия тащила за собой плиту, а не наоборот. Мантия именно приводила в движение процессы в срединно-океаническом хребте, а не пассивно отвечала на движение плит. 

Разумеется, подобное исследование следует повторить в других местах, чтобы доказать его состоятельность. Пока ничего не доказано и не опровергнуто, просто получена новая информация, с которой предстоит работать и работать. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Общепринятая теория гласит: Земля возникла около 4,5 млрд лет назад из околосолнечного газопылевого диска, где сначала образовались маленькие частички, которые, сталкиваясь друг с другом, постепенно выросли, остыли и превратились в планеты. Эту точку зрения поддерживают бесчисленные расчёты, модели и геологические наблюдения. Но одна тайна всё же остаётся: если Земля и впрямь возникла в результате столкновений малых тел, её состав должен напоминать таковой у современных малых тел.

Фантазия о сотворении Солнечной системы (иллюстрация NASA / JPL-Caltech).По какой-то неведомой причине в земной мантии очень мало свинца по сравнению с его содержанием в метеоритах. Где-то должен быть «резервуар» с низким отношением урана к свинцу, но отыскать его никак не удаётся.

Шаг к разгадке сделали сотрудники Массачусетского технологического института (США), которые вроде бы нашли некий «потайной поток» материала в земной мантии — в форме чрезвычайно плотных пород с высоким содержанием свинца, которые кристаллизуются под островными дугами, то есть рядами вулканов, поднимающихся на границах литосферных плит.

В результате столкновения двух тектонических платформ одна из них заходит под другую, и материал коры погружается в мантию. В то же время расплавленный материал мантии поднимается к коре и выбрасывается на поверхность Земли через жерла вулканов. Согласно наблюдениям и расчётам специалистов МТИ, до 70% этой поднимающейся магмы кристаллизуется в упомянутые плотные породы с высоким содержанием свинца, которые уходят обратно в мантию. С их учётом состав мантии напоминает состав метеоритов.

Вы скажете: определить состав материала, который залегает на глубине 40–50 км и опускается обратно в мантию, невозможно. Действительно, он вне досягаемости обычных методов отбора проб. Но есть одно (единственное!) место на земле, где материал с такой глубины вышел на поверхность, — это Кохистанская дуга на севере Пакистана, где 40 млн лет назад столкнулись Индия и Азия. Когда в неё врезалась Индийская плита, островная дуга расширилась и развернулась. В руках учёных оказался уникальный срез перехода от мантии к коре.

С 2000 по 2007 г. ведущий автор исследования Оливер Ягуц совершил несколько поездок в Пакистан и привёз несколько образцов пород из коры дуги и мантии. Лабораторный анализ выявил среди них породы с более высокой плотностью, чем у мантии. Они, по идее, должны были тонуть и создавать тот самый потайной пласт.

Выяснилось также, что в более плотных породах больше свинца по сравнению с ураном, причём отношение элементов совпадает с предсказанным для «пропавшего» резервуара.

Несложные расчёты, основанные на законе сохранения массы и состава местных пород, позволили определить, какое количество материала, поднимающегося из мантии, должно падать обратно (масса Кохистанской дуги минус затонувший материал должно равняться массе материала, вышедшего из мантии). Вот так и были получены те 70%.

Эти результаты приложили к другим островным дугам — Андскому вулканическому поясу, Каскадным горам и пр. Оказалось, что количество и состав материала, ушедшего обратно в мантию в планетарном масштабе, соответствуют предположениям о «скрытом» резервуаре.

Наша Земля и впрямь в определённом смысле создана из большого количества малых тел.

Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Многие десятилетия учёные полагали, что присутствие воды в глубинных породах делает последние менее вязкими и позволяет им течь. Это движение лежит в основе всех видов геофизических явлений — от толкотни литосферных плит до гигантской конвекции в мантии. Кроме того, оно участвует в круговороте углерода и других жизненно важных элементов в планетарном масштабе.

Конвекция в мантии, возможно, не так сильно зависит от наличия водной смазки. (Изображение Университета Лидса.)Однако эксперименты с кристаллами оливина (распространённый в мантии минерал) при высоких давлениях показали, что даже учебники ошибаются.

Многочисленные лабораторные работы продемонстрировали ослабляющее влияние воды на минералы. Но геохимик Хунчжань Фэй из Байройтского университета (ФРГ) и его коллеги указывают на то, что в большинстве этих исследований изучались кристаллы, перенасыщенные водой. Когда кристаллы сжимались, вода, находившаяся между крупинками, позволяла им скользить, вместо того чтобы деформироваться, как следовало бы ожидать в естественных условиях.

Поэтому группа г-на Фэя взялась за монокристаллы оливина, которые испытали температуры и давление, характерные для глубины 100–200 км. Работа не ставила задачей изучение того, как вода разупрочняет камни, всё внимание было нацелено на её воздействие на диффузию атомов кремния в кристаллах. Когда оливин сжимают, кремний движется медленнее всех, и по скорости его диффузии можно судить о том, насколько быстро течёт порода.

Оказалось, что «водный эффект» намного меньше ожидаемого: увеличение содержания воды в кристалле оливина в тысячу раз повысило диффузию кремния менее чем в 10 раз. «Я был очень удивлён», — признаётся г-н Фэй.

Исследователи полагают, что полученные результаты ставят под сомнение несколько важнейших геофизических представлений. Так, считается, что вода смягчает верхнюю часть мантии, позволяя двигаться литосферным плитам, но, возможно, дело не в ней. Кроме того, различия в количестве воды уже не объясняют, почему «горячие точки», то есть места выхода на поверхность мантийных плюмов, остаются неподвижными долгое время (к примеру, на Гавайях), несмотря на перемещение тектонических платформ.

Не все готовы принять новую точку зрения. Петролог Сумит Чакраборти из Рурского университета (ФРГ), который прислал г-ну Фэю некоторые материалы для экспериментов и ранее опубликовал статью о сильном влиянии воды на скорость диффузии кремния в оливине, увидел в этой работе ряд недочётов.

Во-первых, содержат богатые кремнием минералы воду или нет, не совсем ясно, действительно ли скорость диффузии кремния в них определяет скорость течения породы. Во-вторых, в отличие от многих типов оливина, кристаллы, использовавшиеся в исследовании, не содержали железа, а ведь минералы деформируются по-разному в зависимости от концентрации этого элемента. Поэтому, заключает г-н Чакраборти, претензии надуманны.

Со своей стороны, г-н Фэй намерен разобраться в том, как кремний диффундирует через границы крупинок минералов, — может быть, там он ведёт себя не так, как в одиночном кристалле.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПУЛЕНТА

Химические остатки участка земной коры, погрузившегося глубоко в мантию, со временем могут вновь выйти на поверхность в совершенно другом месте — например, на каком-нибудь далёком вулканическом острове. 

Остатки земной коры, затонувшей около 2,5 млрд лет назад, вновь поднялись благодаря восходящему потоку в мантии. (Иллюстрация Nature.)Анализ вулканической породы на одном из островов южной части Тихого океана позволил учёным предположить, что этот процесс занимает более 2 млрд лет.

Соавтор Рита Кабраль из Бостонского университета (США) отмечает, что химический и изотопный состав мантии варьируется от места к месту. Возможно, это результат опускания кусков коры, но конкретных доказательств тому до сих пор получено не было. 

За ними исследователи отправились на остров Мангаиа — самый южный из островов Кука. Местные вулканические породы, сформированные около 20 млн лет назад, сильно выветрились, но сернистые минералы, заключённые в кристаллах оливина, устойчивых к выветриванию и сформировавшихся на глубине в несколько километров, всё ещё хранят ту «химию», которая предшествовала извержению, что вывело их на поверхность планеты. 

А состав красноречив! Например, г-жа Кабраль отмечает, что доля изотопа серы-33 много ниже показателя, типичного для земной коры. Хотя к этой аномалии могут привести и биологические процессы, последние одновременно создали бы аномально высокую концентрацию серы-34, но в образцах с Мангаиа этого нет. 

Наиболее вероятным источником пород, бедных серой-33, учёные считают мантийный материал, который содержит остатки коры, затонувшей или иным образом оказавшейся под поверхностью планеты по крайней мере 2,45 млрд лет назад, ещё до того, как фотосинтезирующие организмы приступили к накачиванию атмосферы кислородом. Когда кислорода было мало, химические реакции, протекавшие под действием солнечного света, естественным образом должны были создать сернистые соединения с малым содержанием серы-33. Позднее озоновый слой, ставший результатом кислородной катастрофы, подавил эти процессы. 

В какой-то момент материал с границы коры и мантии поднялся вновь вместе с так называемым мантийным плюмом (восходящим потоком). Г-жа Кабраль просит обратить внимание на малую интенсивность перемешивания материала в мантии, ведь этот кусок породы вышел обратно на поверхность почти в том же виде, в каком затонул. Возможно, в мантии можно найти целое «кладбище» не тронутых временем древних литосферных плит. 

Можно ли считать полученные данные свидетельством существования тектоники по крайней мере 2,45 млрд лет назад? Исследователи не спешат делать такой вывод. По их мнению, в то время планета была ещё молода и горяча, поэтому данный участок коры мог затонуть не из-за субдукции (захождения одной литосферной плиты под другую, как это происходит сегодня), а каким-то иным образом. Действительно, геохимик Роберт Стерн из Техасского университета в Далласе (США) полагает, что материал с низким содержанием серы-33 мог образоваться не на поверхности Земли, а в «подбрюшье» континентальной коры, после чего отвалиться и затонуть в мантии. Нечто подобное кое-где случается и сейчас. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Истоки лавы, изливающейся в ходе крупнейших современных извержений, остаются предметом дискуссий. Речь идёт о срединно-океанических хребтах, которые тянутся на десятки тысяч километров в морских глубинах. В этих местах земная кора разрывается, и частично расплавленная порода постоянно заполняет образующиеся пустоты, формируя новую океаническую кору. Эту часть никто не оспаривает.

Остывающая лава исландского Эйяфлатлайокудля (фото Martin Rietze / Corbis)Вопрос состоит в том, насколько верно мы интерпретируем лавы этих извержений, то есть правильно ли мы понимаем, что они рассказывают нам о мантии. Это очень важная проблема, потому что у нас слишком мало источников сведений об этой части планеты. И главная трудность заключается в оценке изменений, через которые прошла порода, выйдя из мантии, оказавшись на морском дне и дождавшись учёных. 

Издавна при определении минерального состава этих пород геологи полагаются на так называемую фракционную кристаллизацию. Представьте себе некий объём магмы, которая охлаждается: минералы один за другим застывают и опускаются на дно, и расплавленного материала становится всё меньше. Элементы, находящиеся в расплаве, постепенно реагируют с кристаллизовавшимися минералами, и в конце концов остаются только «несовместимые элементы». Как правило, это редкие элементы, стронций, неодим и гафний, которые и дают ключ к разгадке происхождения магмы в мантии.

Когда магма полностью излита и охлаждена, то, что вы получаете в итоге (то есть состав океанической коры), зависит от начального сочетания элементов (в мантийной породе), времени, ушедшего на остывание, и того, добавлялась ли свежая мантия в процессе. Короче говоря, то, что у вас лежит в горшке, соответствует тому, что вы туда положили, не правда ли?

Нет, говорят геологи Хью О'Нил из Австралийского национального университета и Фрэнсис Дженнер из Института Карнеги (США), которые обнаружили неожиданную закономерность в «несовместимых элементах», действующую во всё мире. Она намекает на более масштабный и единый процесс производства магмы, которая составляет океаническую кору Земли: «круговорот магмы через глобальный ансамбль магматических бассейнов» — вот как они это называют.

Почему это важно? Как поясняет в сопутствующей статье геофизик Альбрехт Хофман из Института химии Общества Макса Планка (ФРГ), это означает, что мы должны пересмотреть процесс, отвечающий за самые объёмные извержения на планете. Такого рода фундаментальные изменения, конечно, случаются не каждый день.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

«Многие думают, что пришёл дьявол. Некоторые считают, что это начало конца света». Для Джорджа Генриха Криста, который написал это 23 января 1812 года, землетрясения, разорвавшие долину реки Миссисипи, были совершенно необъяснимым явлением.

Прошло два столетия. Можно ли говорить о том, что сейчас человечество приблизилось к пониманию подобных катаклизмов?

Гавайский вулканизм — нерешённая проблема традиционной теории тектоники плит. (Фото Richard A. Cooke III / Getty Images.)Разрушительные землетрясения, произошедшие на Среднем Западе США, где им, казалось бы, неоткуда было взяться, не единственная загадка из числа тех, что по сей день мучают геологов. «Ископаемый» ландшафт у западного побережья Шотландии, подводные вулканы в южной части Тихого океана, вспученная земля на юге Африки — повсюду мы видим примеры того, что одной теории тектоники плит явно недостаточно.

Новая серия исследований намекает на то, что ответ лежит гораздо глубже. Возможно, геология на пороге открытий, которые встряхнут науку так же, как теория тектоники плит сделала это полвека назад.

Главная идея этой теории заключается в том, что верхний слой Земли (группа пород, уходящая на глубину до 60–250 км) состоит из нескольких относительно жёстких частей, которые плавают на вершине вязкой мантии. Впервые эту мысль о литосфере высказал в 1912 году немецкий геофизик Альфред Вегенер. Опираясь на распределение окаменевших останков животных и растений, он предположил, что некогда на планете существовал единый континент Пангея, который распался на нынешние материки примерно 200 млн лет назад.

Учёный не смог описать механизм подобного движения, и его гипотеза подверглась осмеянию. Но постепенно накопился корпус доказательств правоты Вегенера, и в 1960-х исследователям пришлось наконец-то признать, что тектоника плит способна не только объяснить многие особенности рельефа Земли, но и тот факт, что сейсмическая и вулканическая деятельность планеты сосредоточена в основном вдоль определённых полос, которые резонно считать границами между литосферными плитами.

Кое-где плиты раздвигаются. На суше это приводит к образованию рифтовых долин, а на дне океана — к выходу мантийного материала, который, застывая, творит новую кору.

В других местах плиты давят друг на друга, порождая горные цепи или ныряя друг под друга в зонах субдукции. В последнем случае это приводит к появлению глубоких желобов в океане.

Теория оказалась настолько удачной, что к ней стали относится едва ли не с религиозным благоговением. «Все глаза устремились к горизонтальному движению, и учёные пропустили кое-что ещё более интересное», — отмечает геолог Ники Уайт из Кембриджского университета (Великобритания).

Речь идёт о том, что происходит глубоко внутри Земли, далеко за пределами стандартной тектонической теории. Американский геофизик Джейсон Морган , пионер современного взгляда на тектонику плит, в 1970-х годах одним из первых придрался к собственной теории, занявшись вулканизмом на Гавайских островах. Этот архипелаг расположен за тысячи километров от границ Тихоокеанской плиты, на которой он сидит. Теория тектоники плит объясняет местный вулканизм тем, что в этом месте плита почему-то тонка, из-за чего мантийный материал и вырывается наружу. Морган обратил внимание на идею, высказанную ранее канадским геофизиком Джоном Тузо Уилсоном, о струе мантийного материала, которая по неизвестным причинам прокладывает себе путь наверх.

Гипотеза шла против течения, поэтому с ней начали всерьёз работать только в середине 1980-х, когда сейсмические волны открыли нам много нового о внутренней части планеты. Дело в том, что эти волны распространяются с различной скоростью через материалы различной плотности и температуры.

Составленные на основании новых данных трёхмерные карты были грубыми и нечёткими, но они свидетельствовали о том, что динамика мантии намного сложнее, чем было принято считать. Со временем удалось обнаружить два огромных скопления очень горячего и плотного термохимического материала в нижней части мантии близ границы с расплавленным ядром. Один находится в южной части Тихого океана, а другой — под Африкой. Каждый имеет несколько тысяч километров в поперечнике, и над каждым возвышается столб горячего материала, который, кажется, растёт по направлению к поверхности.

Это могло бы объяснить, почему дно в центре южной части Тихого океана примерно на километр возвышается над окружающей местностью. То же самое можно сказать и об Африке. «Весь регион от Конго до Южной Африки, включая Мадагаскар, словно подпирается этим плюмом», — говорит г-н Уайт.

Затем удалось выявить мантийные столбы поменьше под Исландией и Гавайями, что объясняет и появление этих островов, и их вулканизм. В то же время у берегов Аргентины морское дно, напротив, уходит вниз почти на километр, за что, по новым данным, несёт ответственность холодный и нисходящий поток в мантии. Аналогичное явление происходит в Африке: на вершине огромного восходящего потока обнаружены восходящие и нисходящие струйки поменьше, которые соответствуют местным особенностям топографии.

Короче говоря, куда ни посмотри — всюду вертикальное движение, перестраивающее поверхность Земли.

Остаётся, правда, неясным, что за механизм лежит в основе этих процессов. Стандартная теория тектоники плит гласит, что материал, погружаясь в мантию в зонах субдукции, возвращается на поверхность благодаря вулканической активности вблизи той же зоны или дальше, на границах плит (см. инфографику выше; высокое разрешение здесь ). Однако, по новым данным, значительная часть материала той плиты, что подходит под другую, отправляется в нижнюю мантию. Как указывает Дитмар Мюллер из Сиднейского университета (Австралия), мантии необходимо сохранить баланс массы, поэтому этот материал или его эквивалент надо вернуть наверх.

Но как именно? Моделирование, проведённое в прошлом году Бернхардом Штайнбергером из Германского исследовательского центра наук о Земле и его коллегами, показало , как субдуцированная плита, продвигаясь к границе между мантией и ядром, раздвигает материал вокруг себя. Как только последний попадает в термохимическое скопление, начинают формироваться восходящие потоки. «Как видим, плюмы образуются более или менее в одних и тех же местах», — подчёркивает г-н Штайнбергер. Например, модель говорит о том, что погружение плиты под Алеутскими островами близ Аляски питает мантийный поток под Гавайями.

Тем временем Клинт Конрад из Гавайского университета в Маноа (США) и его коллеги смоделировали эффект движения тектонических плит, пока мантия движется в другом направлении. Они обнаружили: если подобный эффект имеет место в регионе, где плотность мантии варьируется или вышележащая плита имеет неодинаковую толщину, это может привести к тому, что мантийный материал будет плавиться и подниматься. Данная модель совершенно верно предсказала, что вулканы должны появиться на западе, а не на востоке Восточно-Тихоокеанского поднятия — срединно-океанического хребта, который идёт примерно параллельно западному побережью Южной Америки. Сейсмические измерения показывают, что мантия и часть плиты к западу от хребта движутся в противоположных направлениях, а мантия и часть плиты к востоку — нет. Модель также предсказывает, что этот эффект имеет наибольшую силу в западной части США, на юге Европы, в Восточной Австралии и Антарктиде, то есть в районах вулканической активности за пределами границ литосферных плит.

Если динамика глубинного строения Земли способна изменить рельеф поверхности сегодня, то это верно и для вчерашнего дня. Но в то время, как палеонтологическая и геологическая летописи способны рассказать нам о континентальном дрейфе далёкого прошлого, сейсмические измерения работают только здесь и сейчас.

Впрочем, г-н Уайт и его коллеги обнаружили некоторые намёки на историю у западного побережья Шотландии. Они устроили несколько взрывов и по сейсмическим волнам выявили «ископаемый» ландшафт, которому около 55 млн лет. Он изобилует холмами, долинами и речными руслами, залегая на глубине 2 км под морским дном.

Изучая изменения русла рек, учёные смогли показать, что когда-то этот ландшафт поднялся примерно на километр над уровнем моря, после чего был вновь погребён. Всё это произошло слишком быстро, чтобы уничтожение гор можно было списать на тектонику плит и эрозию. Скорее всего, дело в мантийной струйке, отклонившейся от того плюма, что питает исландские вулканы. «Представьте себе, что под ковром пробежала крыса: ковёр поднялся и опустился», — поясняет учёный.

Группа г-на Мюллера пришла к выводу, что аналогичное вертикальное движение имело место в Восточной Австралии в меловом периоде (65–145 млн лет назад).

Даже то, что раньше, казалось бы, полностью опиралось на теорию тектоники плит, теперь выглядит по-другому. Например, считается, что Гималаи сформировались 35 млн лет назад, когда Индийская плита врезалась в Евразийскую. Однако тектоника плит никак не объясняет того, что плита развила фантастическую скорость в 18 см в год (вместо обычных восьми).

Стивен Кейнд и Дейв Стегман из Института океанографии Скриппса (США) полагают , что и тут не обошлось без мантийного плюма. Кстати, именно он считается источником масштабного извержения, сформировавшего Деканские траппы около 67 млн лет назад.

Аномальная и временами разрушительная сейсмичность Среднего Запада США тем временем может объясняться как раз тектоникой плит и распространением поверхностного напряжения, но и здесь имела место вертикаль. В 2007 году Алессандро Форте из Университета Квебека (Канада) и его коллеги возложили ответственность на древнюю плиту Фараллон, которая начала опускаться в мантию вдоль западного побережья Северной Америки во время мелового периода. Моделирование показало, что к настоящему времени плита ушла достаточно глубоко, чтобы вызвать даунвеллинг долины реки Миссисипи и деформацию вышележащей литосферы, что и привело к катастрофическим землетрясениям двухсотлетней давности.

Не все согласны с новой теорией. Джиллиан Фулгер из Даремского университета (Великобритания) утверждает , что область вокруг Исландии, например, не горячее остальной части Срединно-Атлантического хребта. Топография Исландии и тамошняя вулканическая активность могут адекватно объясняться тектонической активностью на границе плит без привлечения плюмов. Она и её коллеги также отмечают, что, хотя сейсмические волны и впрямь медленнее путешествуют под Исландией, Гавайями и другими «горячими точками», эта аномалия не наблюдается на всём пути к нижней мантии.

Энтузиасты полагают, что со временем будут получены более чёткие сейсмические данные, которые подтвердят новую теорию. Например, в США разворачивается проект EarthScope , который покроет сейсмографами всю страну. Хорошо бы сделать что-то подобное в Африке и на дне Тихого океана. А ещё лучше — на всей планете!

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА