Вулканы, алмазы и сгустки: История недр Земли за миллиард лет показывает, что они более подвижны, чем считалось

Глубоко под нами в недрах Земли находятся два сгустка размером с континенты. Один — под Африкой, другой — под Тихим океаном. Их основание лежит на глубине 2900 км, почти на полпути к центру Земли. Считается, что они являются источником восходящих колонн горячей породы — глубинных мантийных плюмов, достигающих поверхности.

Когда эти плюмы впервые достигают поверхности, происходят гигантские вулканические извержения, подобные тому, что способствовало вымиранию динозавров 65,5 млн лет назад. Сгустки также могут влиять на извержения кимберлитов, которые выносят алмазы с глубин 120–150 км (а в некоторых случаях до 800 км) на поверхность. Новое моделирование миллиарда лет геологической истории показало, что эти сгустки собираются вместе и распадаются, подобно континентам и суперконтинентам.

Эти структуры находятся в мантии — толстом слое горячей породы между земной корой и ядром. Они известны, поскольку замедляют сейсмические волны, что указывает на их более высокую температуру. Ранее существовала гипотеза, что современные сгустки неподвижны и служат «якорями» на протяжении сотен миллионов лет. Однако новое исследование, основанное на компьютерном моделировании потоков мантии за миллиард лет, показывает, что форма и положение сгустков менялись гораздо сильнее.

Моделирование, выполненное на Национальной вычислительной инфраструктуре Австралии, основано на реконструкции движения тектонических плит. Погружающиеся при субдукции холодные океанические плиты, достигнув глубины около 2000 км, отталкивают горячие сгустки в сторону. Как и континенты, сгустки могут объединяться в «суперсгустки» и распадаться со временем. Важно, что, несмотря на изменения, моделированная динамика сгустков соответствует картине вулканической и кимберлитовой активности на поверхности, которая ранее служила аргументом в пользу их неподвижности. В частности, модели показывают, что Африканский сгусток сформировался относительно недавно, около 60 млн лет назад.

Происхождение и точный состав сгустков остаются предметом дискуссий. Они могут быть древними фрагментами, отделившимися от мантии в ранней истории Земли, или состоять из накопленного плотного океанического материала. Модели также указывают, что погружающиеся плиты с большей вероятностью переносят фрагменты континентального материала к Африканскому сгустку, чем к Тихоокеанскому, что согласуется с данными о составе мантийных плюмов.

Это фундаментальное исследование имеет и практическое значение. Модели предоставляют основу для более точного поиска месторождений полезных ископаемых, связанных с мантийными восходящими потоками. Это включает алмазы в кимберлитах и сульфидные магматические месторождения — основные источники никеля, необходимого для литий-ионных аккумуляторов и технологий возобновляемой энергетики.