Мантийные плюмы разрывают континенты
С помощью компьютерного моделирования с беспрецедентно высоким разрешением ученые из Университета Парижа VI и ETH Zurich показали, что столбы магмы в недрах Земли могут вызывать раскол континентов, но только если земная кора уже находится в напряженном состоянии.
В некоторых частях Земли вещество поднимается вверх, подобно столбу, от границы ядра и нижней мантии до зоны прямо под земной корой. Останавливаемое сопротивлением твердой коры и литосферной мантии, течение материала расширяется, принимая грибовидную форму. Специалисты называют эти магматические столбы "мантийными плюмами".
Геологи полагают, что плюмы ответственны не только за вулканы вне тектонически активных зон, но и могут разрывать континенты. Яркий пример — впадина Данакиль в Эфиопии. Этот регион крайне активен. Ученые считают, что под ним поднимается так называемый Афарский плюм, создавший рифтовую систему, которая разветвляется на Красное море, Аденский залив и Великую рифтовую долину Африки. Однако геологические сроки этого процесса слишком велики, чтобы можно было с абсолютной уверенностью подтвердить или опровергнуть эту гипотезу.
Эвгений Буров из Университета Парижа VI и Тарас Горя из ETH Zurich приблизились к разгадке этой тайны с помощью новой компьютерной модели, опубликованной в журнале Nature. Их высокодетальные 3D-симуляции показывают, что восходящий поток вещества достаточно силен, чтобы вызвать раскол континента, если тектоническая плита находится под слабым растягивающим напряжением.
«Сила, оказываемая плюмом на плиту, на самом деле слишком мала, чтобы разорвать её», — говорит Горя. В экспериментах с ненапряженной плитой плюм лишь образовывал круглый выступ. Однако при моделировании плиты под слабым растяжением она разрывалась, образуя трещину и рифтовую систему. «Процесс можно сравнить с натянутой полиэтиленовой пленкой. Слабой точечной силы достаточно, чтобы разорвать её, но если пленка не натянута, разорвать её крайне сложно».
«Мы первые, кто создал столь высокодетальную модель, демонстрирующую взаимодействие плюма с плитой под напряжением», — отмечает Горя. В модели деформации происходят быстро по геологическим меркам: рифтовые системы глубиной в несколько километров и длиной более тысячи километров могут сформироваться всего за два миллиона лет. Эти процессы в 10 раз быстрее тектонических, таких как субдукция.
Идея мантийных плюмов остается дискуссионной, некоторые исследователи отрицают их существование. «Я думаю, что гораздо более вероятно, что они существуют», — говорит Горя. Такие процессы невозможно наблюдать напрямую, а их временные масштабы слишком велики. Ученые полагаются на реалистичные модели, воспроизводящие процессы в геологическом ускорении, и учитывающие физические законы, свойства материалов земной коры и мантии, а также температурные и pressure условия.