На формирование литосферных плит, возможно, ушёл целый миллиард лет. 

Разлом Сан-Андреас в Калифорнии отмечает встречу Тихоокеанской и Североамериканской литосферных плит. (Фото Kevin Schafer / Alamy.)По новой гипотезе, плиты — взаимосвязанные участки земной коры, плавающие на поверхности вязкой верхней мантии, — были созданы процессом наподобие субдукции, наблюдаемой сегодня, когда одна плита подныривает под другую. 

Всё началось примерно 4 млрд лет назад, когда более холодные части земной коры потянулись вниз в более тёплую верхнюю мантию, повреждая и ослабляя окружающие участки коры. Это повторялось вновь и вновь, утверждают авторы новой работы, пока ослабленные области не превратились в границы между плитами. И действительно, по оценкам, глобальная система литосферных плит появилась приблизительно 3 млрд лет назад. 

Надо сказать, что происхождение литосферных плит остаётся загадкой. Движение плит стёрло практически все следы, по которым можно было бы судить об этом. Попытки оценить возраст плит предпринимались неоднократно: исследователи исходили из свидетельств субдукции в минералах древних пород. Самыми старыми «уликами» считаются цирконы возрастом 4 млрд лет, найденные в австралийских горах Джек-Хиллс. Эти кристаллы, по-видимому, сформировались при температуре и давлении, характерных для субдукции. 

Оттолкнувшись от данных, полученных благодаря цирконам, авторы исследования создали компьютерную модель земной коры, существовавшей миллиарды лет назад. В основании коры, по их мнению, находилась область низкого давления, заставлявшая часть коры погружаться в верхнюю мантию. Повторяясь на протяжении длительного времени, этот процесс создал большую литосферную плиту с активной зоной субдукции. Возможно, в дальнейшем он привёл к образованию нескольких литосферных плит, полагает соавтор Дэвид Берковичи из Йельского университета (США): «У нас есть физический механизм для объяснения того, как это, возможно, произошло». 

Совершенно другие условия сложились на Венере, где подобная субдукция не произвела литосферных плит. Там намного теплее, поэтому кора эффективнее залечивает раны после того, как её часть опускается в мантию. Модель г-на Берковичи предполагает, что на заре существования Земли субдукция создала слабые участки в коре, которые составляют сегодня границы плит, а в основе теории тектоники плит лежит мысль о том, что сильные плиты разделены слабыми границами, и процессы, протекающие на этих границах, приводят к таким геологическим явлениям, как вулканы, горы и землетрясения. 

«Модель правдоподобно объясняет то, чтó мы видим», — признаёт петролог Майкл Браун из Мэрилендского университета в Колледж-Парке (США). По его словам, хорошо реконструировано начало субдукции и её прогресс до глобальной тектоники, причём временной промежуток между тем и другим — 1 млрд лет — согласуется с данными геологической летописи. 

В свою очередь, геолог Роберт Стерн из Техасского университета в Далласе (США) отрицает наличие убедительных доказательств тектоники плит старше миллиарда лет. Тем не менее предложенная гипотеза относительно механизма формирования плит показалась ему «первым интересным объяснением того, как это могло произойти». 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Новое исследование может положить конец спорам: обнаружена последовательность лав возрастом 4,4 млрд лет, которые могут оказаться остатками первой зоны субдукции на Земле. 

Скалы острова Гуам сложены застывшей лавой, относящейся ко временам формирования Марианской впадины. Врезка демонстрирует характерные для лавы складки. (Фото Mark Reagan.) В 2008 году изучение древних лав на севере Квебека — зеленокаменного пояса Нуввуагиттук — показало, что они обладают одинаковыми геохимическими характеристиками с лавами из современных зон субдукции (например, Марианской впадины). Это означает, что они, должно быть, смешались с солёными жидкостями, которые выдавливаются в зонах субдукции — и только в зонах субдукции. Геохимия этих пород — своего рода отпечаток пальцев, позволяющий идентифицировать лавы зон субдукции.

Геологи Трейси Рашмер и Саймон Тёрнер из Маккуорийского университета (Австралия), а также их коллеги решили взглянуть на эти породы поближе и обнаружили чёткую последовательность слоёв. Геолог Марк Рейган из Айовского университета (США), несколько раз спускавшийся в Марианскую впадину (его рекорд — 6 500 м), подтвердил, что там он видел точно такую же картину. Каждый слой — определённый этап рождения зоны субдукции. 

Ключ к пониманию этого процесса заключается в том, как породы и их химия меняются с каждым последующим слоем. По мере того как океаническая плита опускается, лавы поднимаются и откладываются поверх друг друга, формируя слои вулканических пород. С возрастанием глубины тепло и давление начинают выдавливать различные элементы из плиты в виде жидкостей, которые со временем меняют химический состав лавы, обогащая её таким редкоземельным элементом, как иттербий, но в то же время обедняя ниобием. Первый слой в ряду извергается до того, как жидкости смогут выйти из плиты, но уже следующий даёт достаточное количество жидкости для появления химических признаков, характерных для зоны субдукции. Последний слой несёт огромное количество редкоземельных элементов и очень мало ниобия, после чего всякие сомнения отпадают: да, это лава зоны субдукции. 

Марианская впадина и Нуввуагиттук схожи не только геохимией. Характеристики пород меняются совершенно одинаковым образом. Но это убедило далеко не всех. Геохимик Джулиан Пирс из Кардиффского университета (Великобритания) отмечает, что зеленокаменный пояс Нуввуагиттука слишком стар. Время могло изменить его настолько, что по нему нельзя судить о происходившем 4,4 млрд лет назад. К тому же, по мнению специалиста, выявленные геохимические характеристики свойственны не только зонам субдукции. 

Авторы исследования не согласны: они считают, что тепло и давление не меняют геохимические характеристики до неузнаваемости, поэтому древность ещё не повод отказываться от попыток выяснить происхождение пород. Что до зон субдукции, то схожесть с Марианской впадиной говорит сама за себя. 

Так или иначе, но все спорщики согласны с тем, что зоны субдукции могли создавать идеальные условия для возникновения жизни. Жидкости, выделяемые пододвигающейся корой, трансформируют мантийные породы в минерал серпентин, а также порождают горячие источники на дне океана. Серпентин даёт энергию, а бор, которым изобилуют такие горячие источники, выступает стабилизатором РНК. Поэтому открытие самой древней зоны субдукции претендует одновременно на обнаружение одного из первых мест на Земле, где могла зародиться жизнь. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Geology.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Европа давно фигурирует в числе самых интересных тел Солнечной системы и считается одним из наиболее вероятных мест, где может существовать жизнь, поскольку подо льдом, как полагают некоторые, скрывается самый настоящий океан. Если новые данные подтвердятся, у сторонников этой гипотезы будет ещё один повод подозревать там наличие жизни, ибо благодаря тектонике плит в океан попадают питательные вещества. 

Европа (здесь и ниже изображения NASA / JPL / University of Arizona). Возраст поверхности Европы оценивается в 40–90 млн лет — одна из самых молодых в Солнечной системе. Сам спутник намного старше — ему более 4 млрд лет. Это значит, что кора как-то обновляется — либо путём выхода на поверхность глубинного материала, либо в результате переработки старой коры.

Учёные полагают, что новый лёд формируется на Европе вдоль линейных образований, которые называются продольными полосами. Таких полос здесь тысячи километров, то есть новая кора, возможно, создаётся в больших количествах. Проблема в том, что никто не знает, куда девается старая. Иными словами, должен существовать какой-то процесс, позволяющий изыскивать пространство для новой коры. В противном случае придётся постулировать, что в последние 40–90 млн лет Европа увеличивается в размерах... 

Поверхность ЕвропыНа Земле новая кора создаётся вдоль границ литосферных плит на дне океанов — в районе срединно-океанических хребтов, где платформы расходятся в разные стороны, а из мантии поднимается расплавленный материал, заполняющий разрыв. Последний остывает и становится новой корой. По-видимому, так же формируется новый лёд вдоль продольных полос на Европе. 

При этом старая кора на Земле уходит в мантию в результате процесса, называемого субдукцией. Сталкиваясь с континентальной платформой, океаническая плита обычно вынуждена заходить под континент, где она постепенно плавится и перерабатывается. 

Аналог земных зон субдукции на Европе разглядели планетологи Саймон Каттенхорн из Айдахского университета и Луиза Проктер из Университета Джонса Хопкинса (оба — США). Учёные воспользовались данными космического аппарата «Галилео» и составили карту перекрёстных трещин и прочих линейных образований на участке поверхности Европы площадью 106 тыс. км². Изучив карту, они наметили области, где, возможно, ледяная кора уходит под поверхность. Ключом к этой догадке стала оценка геологического возраста различных фрагментов поверхности: оказалось, что кусочки одинакового возраста разнесены в пространстве, как будто кора движется и расширяется. Когда их соединили, выяснилось, что больших участков не хватает. Например, неподалёку от одной из гипотетических зон субдукции «пропало» 92 км коры, как будто она ушла под нависающий сегмент полосы шириной 23 км. 

Майкл Манга из Калифорнийского университета в Беркли (США) заинтригован, однако указывает на то, что если сравнительно лёгкая плита «заталкивается» в более плотную жидкость, то она должна выгнуться вверх, дабы компенсировать выталкивающую силу жидкости. «В случае сжатия или сдавливания она должна подниматься», — подчёркивает специалист. 

Такой подъём действительно наблюдается на Земле в зонах субдукции, но аналогичные полосы Европы плоские. Г-н Каттенхорн подозревает, что лёд уходит вниз под относительно небольшим углом. 

Увы, на сегодня доступны данные лишь о 10% поверхности Европы, которые достаточно подробны, чтобы на их основе можно составлять подобные карты. Но по небольшому участку трудно судить о положении дел, так сказать, в глобальном масштабе. 

Кстати, это ещё один повод для полёта на Европу! Геологи спорят о причинах тектоники плит на Земле, так, может быть, мы найдём ответ в другом уголке Солнечной системы? Ведь на Европе нет ни растений, ни городов, ни прочих факторов, которые затрудняют геологическую реконструкцию...

Истчонки: КОМПЬЮЛЕНТА

Гималаи могут оказаться на 20 млн лет младше, чем мы думаем, считают исследователи из Сиднейского университета (Австралия).

Деревня Тенгбоче в Непале, где расположен известный монастырь (фото Murat Selam)Профессор Джонатан Эйтчисон и его коллеги полагают, что Индийский субконтинент врезался в Евразию много позже, всего 35 млн лет назад, а не 55 млн, как написано в учебниках. При этом на пути к северу Индия пережила многочисленные столкновения.

Очевидно, что Индию и Азию океан не разделяет с тех самых пор, как они соединились. Поэтому имеет смысл анализировать возраст наиболее молодых пород морского происхождения между двумя массивами суши. Их датировка как раз и даёт те самые 35 млн лет.

Кроме того, исследователи обратили внимание на возраст самых молодых вулканических пород, имеющих отношение к процессу субдукции и залегающих вдоль южных границ Азии. Субдукцией называется захождение одной литосферной плиты под другую. Зачастую она связана с вулканической активностью — например, в Тихоокеанском огненном кольце.

Как только океан Тетис, который разделял древние континенты Гондвану и Лавразию, окончательно исчез (это произошло, когда Индия зашла под Азию), вулканизм этого типа прекратился. Соответственно, самые молодые породы, относящиеся к этому процессу, тоже способны указать на время столкновения.

Третьей линией доказательств стали грубозернистые осадочные породы. Дело в том, что, когда происходит столкновение тектонических платформ и поднимаются новые горные цепи, такие породы сбрасываются горами в виде гравия.

Время формирования Гималаев — важный вопрос, ведь всякий раз, когда появляется новый горный массив (особенно такой высоты), он оказывает сильное влияние на климатические системы, меняя пути атмосферной циркуляции. Например, нынешние азиатские муссоны — порождение Гималаев.

Результаты своих исследований г-н Эйтчисон опубликовал пока лишь в виде короткого письма в журнале PNAS (комментарий экспертов здесь) и представил на специальном мероприятии. Кроме того, на его счету ряд статей о частных вопросах хронологии столкновения Индии и Азии.

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