Северная Америка медленно погружается в мантию Земли, согласно новому исследованию
Сейсмологический анализ показал, что Северо-американская континентальная плита постепенно разрушается под воздействием древней тектонической плиты, погребенной под Средним Западом, которая медленно увлекает за собой вышележащие породы. Этот процесс, названный «кратоническое истончение», представляет собой эрозию континентальной коры: фрагменты породы отрываются и погружаются в мантию Земли. Хотя обычно такие процессы занимают миллиарды лет, впервые это явление удалось зафиксировать в реальном времени.
Кратоны – это древние континентальные плиты (сформировавшиеся до протерозоя), составляющие около 60% континентальной литосферы. Они отличаются мощной корой, иногда превышающей 200 км в толщину. Геологические данные свидетельствуют об их исключительной стабильности – некоторые существуют миллиарды лет.
Однако эта стабильность не абсолютна. Иногда геологические катаклизмы нарушают их структуру, приводя к обрушению целых слоёв породы. Например, у Северо-Китайского кратона в мезозое (252–66 млн лет назад) исчезла литосферная основа, что указывает на уязвимость таких структур при определённых геодинамических условиях. Среди возможных причин – конвективные потоки в мантии или эрозия, вызванная плавлением пород у основания плит.
До сих пор все подобные случаи были известны лишь из геологического прошлого, что затрудняет понимание их влияния на современные континентальные плиты. В этом смысле Северная Америка представляет собой идеальную природную лабораторию для изучения текущих процессов в кратонах. Её континентальное ядро состоит из нескольких древних кратонов и вулканических дуг, сформированных субдукцией океанической плиты под континентальную или другую океаническую плиту в протерозое.
Хотя большинство кратонов региона стабилизировались к тому времени, некоторые до сих пор демонстрируют признаки активных изменений. Именно это обнаружила команда геологов из Университета Техаса в Остине. Их исследование подтверждает, что сегодня трансформации затрагивают плиту Фараллон, которая, погрузившись под Средний Запад, вызывает масштабное истончение коры.
«Мы обнаружили, что под кратоном может происходить нечто необычное», – говорит ведущий автор исследования Цзюньлинь Хуа, чья работа опубликована в . «К счастью, мы также получили новое представление о причинах этого истончения».
Древняя плита увлекает породы в мантию
Плита Фараллон и Северо-американская плита когда-то образовывали зону субдукции вдоль западного побережья Северной Америки: первая погружалась под вторую, увлекая материал вглубь мантии. Однако 20–25 млн лет назад Фараллон начала разрушаться из-за наползания Тихоокеанской плиты. Один из её фрагментов сейчас находится на границе переходной зоны мантии и нижней мантии (около 660 км в глубину).
По мнению учёных, тяготение этого фрагмента вызывает погружение огромных участков Северо-американской коры в мантию. В результате катонного истончения образуются гигантские «капли» породы, которые затягиваются в своеобразную воронку на глубину до 640 км. Эти массы расположены под территорией от Мичигана до Небраски и Алабамы, но их движение может иметь последствия для всего континента.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи использовали метод сейсмической визуализации высокого разрешения, называемый «томографией полной формы волны». Этот метод предполагает анализ различных типов сейсмических волн с целью реконструкции физических свойств недр. «Благодаря использованию метода полной формы волны мы получили лучшее представление об этой важной зоне между глубокой мантией и более мелкой литосферой, где мы могли бы получить подсказки о том, что происходит с литосферой», — объясняет Торстен Беккер, соавтор исследования.
Чтобы уточнить свои результаты, ученые также провели компьютерное моделирование воздействия плиты Фараллон на расположенный над ней кратон. Они подтвердили, что наблюдаемый сейсмический поток возникает только в присутствии плиты: в ее отсутствие он исчезает. Несмотря на то, что плита Фараллон находится на расстоянии более 600 километров, она все равно будет оказывать моделируемую гравитационную силу, которая может повлиять на стабильность континентальной коры.
Однако исследователи хотят заверить всех, что истончение Срединного Запада не предвещает никаких грядущих катаклизмов. Хотя в долгосрочной перспективе это может повлиять на тектоническую эволюцию, в краткосрочной перспективе это не должно привести к каким-либо ощутимым изменениям на поверхности. Более того, геологический поток должен постепенно замедляться по мере того, как остатки Фараллона будут погружаться все глубже в мантию Земли, теряя свое влияние на вышележащую кору.
Это открытие представляет собой важную веху в изучении эволюции континентов на протяжении веков. «Подобные данные необходимы для лучшего понимания долгосрочной эволюции планеты. Они помогают нам понять, как континенты формируются, распадаются и затем перерабатываются [в недрах Земли]», — заключает Беккер.