Вязкий цикл: Кварц — ключ к тектонике

Более 40 лет назад пионер тектонической геофизики Дж. Тузо Уилсон опубликовал в журнале Nature статью, описывающую, как за долгую историю Земли океанические бассейны открывались и закрывались вдоль восточного побережья Северной Америки. Его наблюдения, названные «Тектоническим циклом Уилсона», предполагали, что этот процесс происходил многократно, в последний раз вызвав раскол суперконтинента Пангея на семь современных континентов.

Идеи Уилсона стали центральными для так называемой Тектонической революции, заложив основу современных теорий процессов горообразования и землетрясений. Новые данные геофизиков из Университета штата Юта и Лондонского университета проливают неожиданный свет на эти циклы движения горных пород. «Всё начинается с кварца», — говорит Тони Лоури, опубликовавший результаты исследования в выпуске Nature от 17 марта 2011 года.

Учёные описывают новый подход к измерению свойств глубокой коры, который выявляет ключевую роль кварца в запуске цепочки событий, заставляющих поверхность Земли раскалываться, сморщиваться и растягиваться. «Мы знаем, что тектоника — это реакция на силу тяжести, но меньше знаем о свойствах течения пород», — отмечает Лоури. С 2002 года сейсмическая сеть Earthscope предоставляет данные о свойствах пород континентальной коры на западе США.

«Мы объединили данные Earthscope с измерениями гравитации и теплового потока новым способом, который позволяет разделить влияние температуры, воды и кварца в коре», — поясняет учёный. Измерения позволили оценить толщину и соотношение сейсмических скоростей в коре. Оказалось, что это соотношение особенно чувствительно к содержанию кварца.

Исследователи обнаружили, что низкое соотношение скоростей, указывающее на слабую, богатую кварцем кору, систематически совпадает с областями высокой температуры в нижней коре. «Это было неожиданностью. Мы считаем, что это указывает на цикл обратной связи, где кварц даёт начальный толчок», — говорит Лоури.

Там, где есть кварц, фокусируется течение породы, что приводит к переносу тепла и повышению температуры, ослабляя кору. Кроме того, нагреваясь, порода высвобождает химически связанную в кристаллах воду, что ещё больше ослабляет кору. «Полосы кварца в коре могут быть тем катализатором, который запускает цикл горообразования», — заключает Лоури.