Новое исследование раскрывает свежие доказательства ритмических импульсов расплавленной породы под Восточной Африкой, меняя наше представление о том, как континенты раскалываются.
Наши выводы могут помочь учёным лучше понять вулканическую активность и землетрясения.
На поверхности Земли насчитывается около 1300 активных вулканов. Из них более 90 расположены в Восточно-Африканской рифтовой долине — зоне, вдоль которой Африка раскалывается на части. Эта слабая зона земной коры может даже позволить сформироваться новому океану в течение следующих нескольких миллионов лет.
Хотя формирование океанов происходит по всему миру и продолжается уже несколько миллиардов лет, есть лишь несколько мест на Земле, где можно одновременно изучить разные стадии раскола континентов. Обычно они оказываются под водой, когда земная кора истончается, и морская вода в конце концов затопляет рифтовую долину.
Рифт отличается от других мест. На его северном конце (в Эфиопии) есть место под названием Афар, которое находится на стыке трёх рифтов: Красного моря, Аденского залива и Главного Эфиопского рифта.
Красный морской рифт расширяется в течение последних 23 миллионов лет, а Главный Эфиопский рифт — в течение последних 11 миллионов лет. Во всех трёх рифтах есть активные вулканы. В Афаре все три рифта, по крайней мере частично, обнажены, причём у Красного морского рифта и Главного Эфиопского рифта наибольшая обнажённость.
Вулканические породы, которые извергаются, когда тектонические плиты Земли расходятся, открывают окно во внутреннюю часть Земли, которое иначе было бы недоступно. У каждого потока лавы и вулкана есть своя история, которая записана в породе, и мы можем узнать об этом с помощью геохимии — концентрации элементов, из которых состоит порода, — и минералогии — минералов в породе.
Анализ этих вещей может рассказать нам о глубине, на которой образовалась расплавленная порода, и примерно о том, где в мантии Земли она образовалась. В нашем новом исследовании мы проанализировали более 130 новых образцов лавы, полученных из хранилища пород Афар при Пизанском университете и в ходе наших полевых работ.
Мы использовали эти образцы для изучения характеристик мантии под этим рифтингом, когда тектонические плиты движутся друг от друга. Эти образцы взяты из голоценовых извержений (породы моложе 11,7 тысяч лет) из Афар и Восточно-Африканской рифтовой долины.
С 1970-х годов учёные считали, что под регионом Афар есть мантийный плюм. Мантийные плюмы — это часть аномально горячей мантии (около 1450 °C) или необычного состава мантии (или и того и другого) под поверхностью Земли. Учёные считают, что он вытолкнул часть мантии на поверхность Земли. Наше исследование не только подтверждает наличие мантийного плюма в этом регионе, но и даёт учёным подробную информацию о его характеристиках.
Мы обнаружили, что мантийный плюм под этим регионом поднимается под тектоническими плитами импульсами, и эти импульсы имеют несколько разный химический состав.
Мантийные плюмы есть по всему миру. Их можно обнаружить в геологических записях за несколько миллиардов лет. У каждого плюма есть свои характеристики — уникальный химический состав и форма.
Один из мантийных плюмов, всё ещё активных сегодня, находится под Гавайскими островами. Эти острова являются частью Гавайско-Императорской цепи, сформированной за последние 80 миллионов лет или около того, и всё ещё формирующейся сегодня. Острова возникают из-за того, что Тихоокеанская тектоническая плита медленно движется по мантийному плюму, заставляя лаву пузыриться, извергаться и в конечном итоге затвердевать в виде горных пород.
Этот плюм плавит мантию Земли и образует магму, которая в течение длительных периодов приводит к формированию цепочки островов или раскалывает континенты. Он также может образовывать вулканы вдоль разлома в земной коре, как мы видим в Восточной Африке. Подпись гавайского плюма состоит из двух химических составов, поднимающихся вверх через мантию вместе, как две вертикальные нити.
Хотя учёные давно считали, что под Афаром, вероятно, есть плюм, его внешний вид является предметом дискуссий.
В нашем исследовании мы создали несколько сценариев того, как выглядит плюм, а затем использовали математическое моделирование, чтобы увидеть, какой сценарий плюма наилучшим образом соответствует данным образцов. Используя этот подход, основанный на данных, мы показали, что наиболее вероятным сценарием является единственный плюм, который пульсирует с различным химическим составом.
Три рифта в Афаре распространяются с разной скоростью. Красный морской рифт и рифт Аденского залива движутся быстрее — примерно на 15 мм в год (это вдвое меньше скорости роста ногтей) по сравнению с Главным Эфиопским рифтом, который движется со скоростью около 5 мм в год. Мы пришли к выводу, что импульсы текут с разной скоростью вдоль растянутых и более тонких нижних сторон тектонических плит.
Всё это показывает нам, что движение тектонических плит может помочь сфокусировать вулканическую активность в местах, где плита тоньше.
Это открытие имеет важные последствия для того, как мы интерпретируем вулканическую и сейсмическую активность. Это может указывать на то, что вулканизм может с большей вероятностью происходить в более быстро распространяющихся и более тонких частях рифта, поскольку поток под ним чаще пополняет магму.
Однако извержения здесь могут быть менее взрывными, чем в более медленно распространяющихся рифтах. Это соответствует наблюдениям о том, что взрывные извержения чаще происходят в Главном Эфиопском рифтовом разломе (который расположен на более толстой части плиты и где вулканы более зрелые) по сравнению с Красным морским рифтом.
Наше понимание связи между континентальным рифтингом и мантийными плюмами всё ещё находится в зачаточном состоянии, но исследования уже дают представление о том, как тектонические плиты влияют на мантийные плюмы и как это может быть зафиксировано в будущих морских глубинах Земли.