Отрыв и подъем, а не бульдозерный эффект

Долгое время геологи предполагали, что Альпы сформировались при столкновении Адриатической плиты с юга с Евразийской плитой на севере. Согласно классической модели, Адриатическая плита действовала как бульдозер, выталкивая горные породы перед собой, образуя горы. Предполагалось, что их вес затем продавил нижележащую континентальную плиту вниз, сформировав осадочный бассейн к северу от гор — Швейцарское плато Молассе. Со временем, пока горы росли, дно бассейна опускалось все глубже.

Несколько лет назад новые геофизические и геологические данные заставили геофизика из ETH Цюриха Эди Кисслинга и специалиста по осадкам из Бернского университета Фрица Шлунеггера усомниться в этой теории. Исследователи предложили альтернативный механизм формирования Альп.

Высота Альп почти не менялась

Кисслинг и Шлунеггер указали, что топография и высота Альп почти не менялись последние 30 миллионов лет, в то время как прогиб на месте Швейцарского плато продолжал опускаться, а бассейн расширялся дальше на север. Это привело исследователей к выводу, что формирование Центральных Альп и опускание прогиба не связаны, как считалось ранее.

Они утверждают, что если бы Альпы и прогиб действительно образовались от столкновения двух плит, были бы явные признаки постоянного роста гор. Кроме того, сейсмичность, наблюдаемая в последние 40 лет в Швейцарских Альпах и их северном предгорье, явно указывает на растяжение в горном поясе, а не на сжатие, ожидаемое по модели «бульдозерной» Адрии.

Новое объяснение дает поведение Евразийской плиты. Около 60 млн лет назад ее бывшая океаническая часть стала погружаться (субдуцировать) под континентальную Адриатическую микроплиту на юге. К 30 млн лет назад этот процесс зашел так далеко, что вся океаническая литосфера была поглощена, и континентальная часть Евразийской плиты вошла в зону субдукции. Это начало континент-континентальной коллизии.

При этом верхняя, более легкая кора Евразийской плиты отделилась от более тяжелой подстилающей литосферной мантии. Благодаря меньшему весу земная кора устремилась вверх, создав Альпы около 30 млн лет назад. Тем временем литосферная мантия продолжала погружаться в мантию Земли, увлекая за собой прилегающую часть плиты вниз. «Именно эти восходящие силы подняли Альпы из земли, а не бульдозерный эффект от столкновения двух континентальных плит», — объясняет Кисслинг.

Новая модель подтверждает гипотезу подъема

Для проверки гипотезы подъема Лука Даль Зилио, бывший докторант группы профессора ETH Тараса Геря, совместно с Кисслингом и другими исследователями разработал новую модель. Даль Зилио смоделировал зону субдукции под Альпами: тектонические процессы, происходившие миллионы лет, и связанные с ними землетрясения.

«Большой сложностью в этой модели было объединение временных масштабов. Она учитывает как мгновенные смещения, проявляющиеся в виде землетрясений, так и деформации коры и литосферной мантии на протяжении тысяч лет», — говорит Даль Зилио, ведущий автор исследования, недавно опубликованного в журнале Geophysical Research Letters.

По словам Кисслинга, модель отлично имитирует процессы подъема, которые они с коллегой постулируют. «Наша модель динамическая, что является ее огромным преимуществом», — говорит он, поясняя, что предыдущие модели были скорее жесткими или механическими и не учитывали изменения в поведении плит. «Все наши предыдущие наблюдения согласуются с этой моделью».

Модель основана на физических законах. Например, Евразийская плита, казалось бы, субдуцирует на юг. Однако, в отличие от нормальной модели субдукции, она фактически не движется в этом направлении, потому что положение континента остается стабильным. Это заставляет погружающуюся литосферу отступать на север, в результате чего Евразийская плита оказывает эффект всасывания на относительно небольшую Адриатическую плиту. Кисслинг сравнивает это с тонущим кораблем. «Таким образом, механизм, приводящий плиты в движение, — это не толкающий, а тянущий эффект», — заключает он.

Переосмысление сейсмичности

Кроме того, модель имитирует возникновение землетрясений (сейсмичность) в Центральных Альпах, на Швейцарском плато и под Паданской равниной. «Наша модель — первый симулятор землетрясений для Швейцарских Центральных Альп», — говорит Даль Зилио. Преимущество этого симулятора в том, что он охватывает очень длительный период времени, а значит, может моделировать и очень сильные, крайне редкие землетрясения.

«Современные сейсмические модели основаны на статистике, тогда как наша модель использует геофизические законы и поэтому учитывает также землетрясения, происходящие раз в несколько сотен лет», — говорит Даль Зилио. Текущая статистика землетрясений склонна недооценивать такие события. Новое моделирование улучшает оценку сейсмической опасности в Швейцарии.