Заторы в мантии Земли: Почему тектоника плит останавливается в некоторых местах

Земля динамична. То, что мы воспринимаем как твердую почву под ногами, на самом деле постоянно меняется. Африка и Америка ежегодно расходятся в районе Срединно-Атлантического хребта на несколько сантиметров, а дно Тихого океана погружается под Южноамериканский континент. Однако это непрерывное движение земной коры проходит не везде гладко. Сейсмические измерения показывают, что в некоторых областях мантии, где одна плита погружается под другую, движение останавливается при достижении определенной глубины. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience, ученые из Университета Фридриха Шиллера в Йене и Университета Байройта впервые объяснили этот феномен.

Согласно исследованию, горные породы погружающейся океанической плиты застаиваются на глубине от 440 до 650 километров — в переходной зоне между верхней и нижней мантией Земли. Причина заключается в крайне медленной диффузии и преобразовании минеральных компонентов. На основе экспериментов под высоким давлением ученые выяснили, что в данных условиях обмен элементами между основными минералами плиты — пироксеном и гранатом — замедляется до предела. Диффузия компонента пироксена в гранат настолько медленна, что погружающиеся породы не становятся плотнее и тяжелее, что и приводит к их стагнации.

Интересно, что заторы в мантии возникают именно там, где океаническое дно погружается с особенно высокой скоростью, как, например, в желобе Тонга у Японии. В этом случае породы остаются относительно холодными даже на большой глубине, что еще больше затрудняет обмен элементами. По оценкам ученых, для диффузии пироксеновых кристаллов размером всего 1 мм в гранат требуется около 100 миллионов лет. За это время погружающаяся плита находится в состоянии затора. Вероятно, движение возобновляется только на границе с нижней мантией, где под воздействием большего давления на глубине около 650 километров пироксен преобразуется в минерал акимотоит, что приводит к резкому увеличению плотности породы и позволяет плите погрузиться глубже.