Аномальный жар в недрах Северной Америки объяснили гренландским расколом
Согласно новому исследованию, проведенному под руководством Саутгемптонского университета, аномально высокая температура породы глубоко под Аппалачами в США может быть связана с разделением Гренландии и Северной Америки 80 миллионов лет назад. Ученые утверждают, что это событие не стало, как долгое время считалось, конечным итогом движения тектонических плит, в результате которого континент Северная Америка отделился от Северо-Западной Африки 180 миллионов лет назад.
Рассматриваемая зона — это Северная Аппалачская аномалия (САА), область аномально горячих пород шириной 350 км, расположенная на глубине примерно 200 км под Аппалачскими горами в Новой Англии.
Исследование, опубликованное в журнале Geology, предполагает, что САА на самом деле образовалась примерно в 1800 км от того места, где она находится сейчас, когда земная кора начала расходиться в районе Лабрадорского моря между Канадой и Гренландией. Со временем эта область горячей, нестабильной породы глубоко под поверхностью Земли медленно переместилась на запад преодолевая по 20 км за каждый миллион лет или по 2 сантиметра в год. Работа по изучению породы была проведена совместно Саутгемптонским университетом в Великобритании, Центром геологических наук имени Гельмгольца в Потсдаме (GFZ) в Германии и Флорентийским университетом в Италии.
Ученые отметили, что этот тепловой подъем является исконной загадкой геологии Северной Америки. Он расположен под частью континента, которая была тектонически спокойной на протяжении 180 миллионов лет, поэтому идея о том, что это всего лишь остаток от распада суши, так и не была до конца обоснована.
Проведенная работа доказывает, что это часть гораздо более масштабного, медленно протекающего глубоко под землей процесса, который потенциально может помочь объяснить, почему горные хребты, подобные Аппалачам, все еще стоят.
Тепло у основания континента может ослабить и частично разрушить его плотные корни, сделав континент более легким и плавучим, подобно воздушному шару, который устремляется ввысь после сброса балласта. Такой процесс, по мнению Кернона, мог привести к парадоксальному поднятию древних гор в последние несколько миллионов лет.
Теория «мантийных волн»
Ученые обратились к недавно предложенной ими новой идее, названной теорией «мантийных волн», которая была признана финалистом премии журнала Science «Прорыв года» 2024 года. Теория описывает, как горячая, плотная порода медленно отслаивается от основания тектонических плит — подобно каплям в лавовой лампе — после распада континентов. Эти «волны» распространяются по нижней поверхности континентов на протяжении десятков миллионов лет и могут объяснить, например, редкие вулканические извержения, выносящие алмазы на поверхность. Также эти подспудные процессы объясняют, почему некоторые участки суши располагаются на большой высоте по сравнению с соседними регионами.
Используя современные геодинамические моделирования, данные сейсмической томографии (похожей на медицинское УЗИ, но использующей сейсмические волны для получения изображения недр Земли) и реконструкции тектонических плит, исследовательская группа проследила вероятное происхождение САА до начала разлома на месте нынешнего Лабрадорского моря, который произошел между 90 и 80 миллионами лет назад, когда Гренландия отделилась от Канады.
Профессор Саша Брюн (Sascha Brune), соавтор исследования и руководитель отдела геодинамического моделирования в GFZ в Потсдаме (Германия), отметил, что конвективные нестабильности приводят к тому, что глыбы породы толщиной в несколько десятков километров медленно опускаются с основания литосферы. По мере истончения литосферы более горячий материал мантии поднимается и занимает его место, создавая термическую аномалию, такую как САА.
Предыдущие исследования показывают, что эти «наплывы» горных пород могут формироваться сериями, подобно костяшкам домино, падая один за другим и последовательно перемещаясь с течением времени. То, что наблюдается под Новой Англией, весьма вероятно, является одним из таких наплывов, возникшим далеко от того места, где сейчас находятся его плоды.
Если эти данные верны, САА, вероятно, медленно мигрирует на юго-запад через североамериканскую литосферу с прежней скоростью примерно 20 километров в миллион лет, что в целом согласуется с независимыми геодинамическими прогнозами. Текущие размеры САА (примерно 350 км в поперечнике) и ее глубина хорошо согласуются с прогнозами моделей подобных миграционных нестабильностей.
По оценкам ученых, горячая аномалия достигнет территории штата Нью-Йорк в течение следующих 10–15 миллионов лет.
Зеркало Северо-Аппалачской аномалии
В исследовании также предполагается, что аналогичная аномальная горячая зона под северной и центральной частями Гренландии может иметь то же происхождение, что делает ее фактически зеркальным близнецом САА, поскольку она возникла на противоположном берегу Лабрадорского моря во время его расширения.
Под Гренландией эта тепловая аномалия способствует повышенному тепловому потоку у основания многокилометрового ледяного щита, влияя на движение и таяние льда. Впрочем, подземный жар не служит основной причиной таяния гренландских ледников.
Результаты исследования указывают на то, что глубинные процессы на Земле могут продолжаться в течение десятков миллионов лет после того, как границы поверхностных плит перестанут быть активными. Эти долговременные нестабильности могут формировать все: от региональных поднятий до закономерностей вулканизма и эрозии, даже в тех частях континентальных внутренних районов, которые ранее считались геологически стабильными. Хотя на поверхности практически нет признаков продолжающейся тектоники, глубоко под ней все еще ощущаются последствия древнего рифтогенеза. Наследие континентального распада в других частях земной системы может оказаться гораздо более глубоким и продолжительным, чем мы предполагали ранее.Томас Гернонпрофессор наук о Земле в Саутгемптонском университете, ведущий автор исследования.
Изучение неторопливой истории земных недр на протяжении сотен миллионов лет кому-то покажется сугубо академическим занятием, но это не так. В недавнем исследовании взаимодействия мантии и земной коры геологи с помощью моделирования выяснили, где искать новые месторождения стратегического металла вольфрама.
