Столкновение Индии и будущей Евразии, произошедшее примерно 50 миллионов лет назад, было причиной наступления последнего периода оледенения в истории Земли, заявляют геологи из MIT, опубликовавшие статью в журнале PNAS.

"Никто не сомневается в том, что тектоника управляет климатом, если смотреть на этот процесс с высоты в несколько десятков или сотен миллионов лет, но мы не знали, как мы можем увязать климат и геологию друг с другом и доказать, что это так. Мне кажется, теперь у нас есть первая в истории возможность связать масштабные тектонические изменения с тем, как менялся климат Земли", — заявил Оливер Ягоутц (Oliver Jagoutz) из Массачусетского технологического института в Бостоне (США).

Ягоутц и его коллеги полагают, что им удалось найти объяснение тому, почему примерно 50 миллионов лет назад, в начале эоцена, климат Земли резко поменял свою сущность, и наша планета перестала быть "миром-теплицей" с тропиками за полярным кругом и превратилась в наполовину оледеневший шар, которым она являлась в недавнем прошлом.

Причины этой трансформации Земли из "парника" в "ледник", которое ученые называют событием Азоллы, до сих пор не до конца ясны. Геологи знают, что примерно 49 миллионов лет назад доля СО₂ в атмосфере начала резко сокращаться, однако причина этого сокращения была предметом дискуссий – часть исследователей приписывала эту роль бурному росту водных папоротников из рода Azolla в Арктике и отложению их останков на дне, а другие считали, что в этом могли быть виноваты какие-то иные процессы, не связанные с биосферой.

Авторы статьи предложили теорию, которая объясняет наступление оледенения одной простой вещью – движением континентов и тем, что происходило с породами морского дна при их превращении в сушу в результате столкновения литосферных плит.

 Как объясняет Ягоутц, примерно 90 миллионов лет назад литосферная плита, находившаяся на дне моря Тетис, разделявшего Африку и Евразию, двигаясь на север, начала сталкиваться с соседней Евразийской плитой. Результатом этого стало появление целой цепочки вулканов, активно выбрасывавшей СО₂ в атмосферу. Эта углекислота стала основой "тепличного режима", которым наслаждались динозавры и флора мезозоя в меловом периоде.

 На этом движение Африканской плиты не остановилось, и через некоторое время, примерно 80-70 миллионов лет назад, ее морские породы вышли на сушу, в результате чего извержения прекратились, а на поверхности суши появились морские базальты и другие основные породы.

Эти породы, по словам ученых, обладают одним важным свойством – благодаря своей щелочной природе они хорошо поглощают СО₂ и тем самым понижают его долю в атмосфере. Благодаря этому рост СО₂ в атмосфере в конце мезозойской эры остановился.

Второе аналогичное событие произошло чуть позже, примерно 50 миллионов лет назад, когда Индия столкнулась с Евразийской плитой и ее морские породы стали сушей. Именно их выход на поверхность, как показывают расчеты Ягоутца и его коллег и данные раскопок, и послужил причиной того, почему климат Земли необратимым образом поменялся и на нашей планете наступил ледниковый период – в то время породы планеты поглощала в 10-20 раз больше СО₂, чем это делают они сегодня.

Как подчеркивают ученые, подобные "тектонические" изменения климата вряд ли играют какую-либо существенную роль в современном процессе роста глобальных температур. Тем не менее, их существование следует учитывать для объяснения различных аномалий, не укладывающихся в современные климатические модели.

Источник: РИА Новости

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

Миллионы лет назад двигавшаяся на запад Северо-Американская литосферная плита прошла над столбом горячего материала, поднимавшегося из земных недр и опалившего её нижнюю часть. Сейчас плюм находится под Атлантическим океаном, но остаточное тепло по-прежнему отражается на сейсмических волнах, распространяющихся по континенту. 

Предполагаемый след от прохождения континента над «горячей точкой» с указанием эпицентра виргинского землетрясения и нынешнего положения восходящего мантийного потока. (Изображение из журнала Nature.) Когда подобные мантийные струи оказываются под тонкой океанической корой, они зачастую пробивают её и создают вулканы — достаточно вспомнить Гавайские острова. Но более старую, холодную и толстую континентальную кору проломить гораздо труднее, говорит геофизик Жишэн Чу из Института геодезии и геофизики в Ухане (КНР). Единственный признак, указывающий на древние пути «горячих точек» на земле, — это кимберлиты, вулканические и иногда алмазоносные породы, отмечающие места древних глубинных извержений. 

Но г-н Чу и его коллеги догадались о том, какой путь под восточной частью Северной Америки проделала «горячая точка», по другим признакам, а именно по скорости сейсмических волн, которые замедляются в более тёплой среде. Данные получены десятками сейсмометров, входящих в сеть USArray, причём большинство показателей собрано вдоль участка, протянувшегося от Луизианы до Висконсина, во время землетрясения магнитудой 5,6, которое сотрясло центральную Виргинию 23 августа 2011 года. 

Анализ данных говорит о том, что сейсмические волны, шедшие на запад от эпицентра в Виргинии к Миссури, достигли сейсмометров позже и обладали меньшей интенсивностью, чем ожидалось. Затухание колебаний предполагает наличие широкой полосы тёплых пород в 200 км под Кентукки, что примерно соответствует глубине залегания нижней поверхности литосферной плиты. Сейсмические волны к северу и югу от этой полосы прибыли вовремя или даже чуть раньше намеченного срока. 

Сейсмометры к северо-востоку от эпицентра в Виргинии тоже обнаружили медленные, погашенные сейсмические волны, то есть в том направлении находится ещё один след, оставленный глубинным источником повышенной тепловой энергии. Исследователи предполагают, что «шрам» на подбрюшье континента идёт на восток-юго-восток от центра Миссури (90 млн лет назад) в восточный Кентукки (около 70 млн лет назад), изгибается на северо-восток до Массачусетса (50–60 млн лет назад), а затем сворачивает на восток и уходит прочь от берега. Кимберлитовое месторождение в восточном Кентукки, возраст которого оценивается примерно в 75 млн лет, подтверждает гипотезу китайских учёных. 

Факты, подкрепляющие наличие этого пути, любопытные, но косвенные, считает геолог Рэндел Кокс из Мемфисского университета (США). «Я стараюсь не делать поспешных выводов, но есть и альтернативные объяснения замедлению сейсмических волн под Кентукки и по линии Виргиния — Массачусетс», — подчёркивает специалист. 

Сейсмические колебания могут рассеиваться материалом, находящимся глубоко внутри или ниже земной коры — например, в зонах деформации горных пород, где одна литосферная плита сталкивается с другой. Данных после одного землетрясения недостаточно, чтобы составить подробную подземную карту восточной части Соединённых Штатов. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Истчоник: 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

Два сильных землетрясения, произошедших в Индийском океане 11 апреля 2012 года, могут сигнализировать о последнем этапе формирования новой границы между литосферными плитами.

В апреле 2012-го в Индо-Австралийской платформе одновременно разорвались по крайней мере четыре разлома, в результате в течение двух часов случились два землетрясения магнитудой выше 8,0. (Красные звёзды указывают на эпицентры.) (Изображение Keith Koper / University of Utah Seismograph Stations.)Геологический стресс, раздирающий Индо-Австралийскую платформу, скорее всего, и стал причиной землетрясений магнитудой 8,6 и 8,2, которые прошли вдоль многочисленных разломов. Толчки продолжались в течение шести дней после этого.

Свои соображения на этот счёт специалисты изложили в журнале Nature в трёх статьях.

Гипотеза о разрушении Индо-Австралийской плиты существует с 1980-х годов. Землетрясения 11 апреля стали наиболее ярким свидетельством правоты сейсмологов, подчёркивает Маттиас Делеклюз из Высшей нормальной школы Парижа (Франция), ведущий автор первой статьи.

Согласно преобладающей теории тектоники плит, Индо-Австралийская платформа начала деформироваться около 10 млн лет назад. Дело в том, что она продвигается на север, но её тормозит Евразийская плита. В ходе столкновения не только создаются Гималаи, но и замедляется индийская часть плиты. Между тем на последнюю наседает австралийская часть, отсюда и напряжённость.

Группа г-на Делеклюза выявила стресс при моделировании, выполненном незадолго до землетрясений 2012 года. Учёные обнаружили, что два предыдущих толчка близ восточной границы плиты (землетрясение магнитудой 9,1 в 2004 году, вызвавшее катастрофическое цунами, и ещё одно, 2005 года), вероятно, стали непосредственной причиной недавних событий, но сами по себе они не могли вызвать последующие толчки. Должен быть какой-то дополнительный источник стресса. По всей видимости, те землетрясения лишь усилили напряжение в средней области платформы.

Большинство крупных землетрясений происходит в том случае, если две плиты, сталкиваясь, заходят одна за другую. Напротив, когда платформы или их части скользят горизонтально вдоль линии разлома, это обычно приводит к сдвиговым толчкам поменьше. Однако первое из землетрясений 11 апреля бросило вызов теории, оказавшись крупнейшим сдвиговым землетрясением в истории наблюдений и одним из сильнейших, произошедших вдали от границ плит.

Во второй статье исследователи сообщают о том, что в ходе первого из землетрясений 11 апреля сброс напряжения, накопленного во внутренней части плиты, привёл к формированию никогда прежде не наблюдавшейся картины разломов. В отличие от большинства землетрясений, проходящих по одному разлому, этот разрыв охватил целых четыре, один из которых сдвинулся на 20–30 м.

Предыдущие работы уже выявили множественные сдвиги в результате землетрясения магнитудой 8,6, но в мельчайших деталях последние до сих пор не рассматривались.

Третья статья посвящена не самим землетрясениям, а их последствиям. Учёные обнаружили, что в течение шести дней после этого события землетрясения силой 5,5 и больше случались почти в пять раз чаще обычного, причём прокатились по всему миру, хотя афтершоки, как правило, ограничиваются непосредственной близостью от главного эпицентра.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА