7 Minutės
Naujas tyrimas atskleidžia, kad Žemės giliuosius sluoksnius reikia vertinti kaip kur kas dinamiškesnius nei manyta anksčiau: žemynai gali pamažu „nusilupti“ savo giliausias dalis, o senoviniai medžiagos gabalai persikelia po vandenynais ir skatina naują ugnikalninę veiklą.
Giliai po Žemės paviršiumi veikia lėtas, netikėtas procesas, kuris gali pertvarkyti okianinės mantijos cheminę sudėtį. Sautamptono universiteto vadovaujami tyrėjai praneša, kad kontinentų šaknų fragmentai — tanki, kristalinė medžiaga, palaikanti žemynus — gali būti nuplėšiami iš po žemynų plokščių ir pernešami šonine kryptimi į gretimą okianinę mantiją. Ten šie kontinentinės plutonos reliktai prisideda prie vulkaninės veiklos šaltinio ir palieka ilgalaikį geocheminį parašą, kurį galima aptikti šimtus ar net tūkstančius kilometrų nuo jų kilmės vietos.
Kontinentų „nusiluplimas“: naujas kontinentinės medžiagos judėjimo mechanizmas
Idėja elegantiškai paprasta, tačiau geologiškai radikali: žemynai nėra tik pasyvios plutos dalys, kurios skyla paviršiuje. Jų giliosios šaknys gali tapti nestabilios ir palaipsniui atskirtos — procesas, kurį autoriai apibūdina kaip lėtą „nusiluptį“ iš apačios. Naudodami skaitmeninius modelius, imituojančius litosferos ir mantijos sąveiką, mokslininkai parodo, kaip tektoninis įtempimas prie kontinentų pakraščių gali suaktyvinti plintančią nestabilumą — vadinamąją mantijos bangą — kuri juda palei kontinento pamatą labai lėtais greičiais. Per milijonus metų ši banga gali išlupti fragmentus iš 150–200 km gylio ir perkelti juos šoniniais srautais į greta esančią okianinę mantiją.
Vos patekę į okianinę mantiją, tokie kontinentiniai fragmentai tampa turtingais cheminių elementų rezervuarais. Tirpdami ar dalinai pertirpę, jie gali generuoti magmas su padidintomis elementų koncentracijomis ir izotopinių santykių požymiais, būdingais kontinentinei plutai. Tai padeda paaiškinti ilgai rūpinusią mįslę: vulkaninės salos, nutolusios nuo plokščių ribų — pavyzdžiui, kai kurie Indijos vandenyno povandeninių kalnų (seamount) pavyzdžiai — dažnai išsiveržia uolienomis, kurių cheminės savybės atrodo „kontinentinės“, nors jos yra okianinės plokštės viduryje.
Kontinentinės mantijos apatinės dalies fragmentas (kontinentų kristalinės šaknys). Tai atspindi medžiagą, kuri, pagal tyrimą, gali būti atplėšiama ir perkelta šonine kryptimi į okianinę mantiją.
Geocheminės užuominos iš Indijos vandenyno
Tyrėjų komanda sujungė geocheminius tyrimus su geodinamikiniais modeliais ir pritaikė hipotezę Indijos vandenyno povandeninių kalnų provincijai — vulkaninei grandinei, susiformavusiai po superkontinento Gondvanos skilimo prieš daugiau nei 100 mln. metų. Kai kurių šių povandeninių kalnų uolienų izotopinės ir elementinės proporcijos fiksuoja turtingos magmos protrūkį netrukus po skilimo, o vėliau šio signalo intensyvumas blėsta dešimtmečių milijonais metų. Laiko eiga ir erdvinė pasiskirstymo schema geriau atitinka mantijos bangos transporto mechanizmą nei tradicinius paaiškinimus, tokius kaip nuosėdų perdirbimas subdukcijos zonose arba giliosios mantijos plumai.
„Jau kelias dešimtis metų žinome, kad kai kurios mantijos dalys po vandenynais atrodo keistai kontaminuotos, lyg į jas būtų patekę senovinių žemynų gabalai,“ — komentavo Sautamptono universiteto profesorius Thomas Gernon, tyrimo vyriausiasis autorius. — „Tačiau iki šiol trūko įtikinamo mechanizmo, paaiškinančio, kaip visa ta kontinentinė medžiaga galėjo atsidurti ten, kur mes ją randame.“
Kaip veikia mantijos bangos ir kodėl tai svarbu
Modeliuose kontinentų skilimas sukelia dinaminį mantijos atsaką: lėtą, besisukančią nestabilumą, kuris plinta palei litosferos pamatą. Ši mantijos banga stumia ir trikdo giliausias kontinentų šaknis, skatindama jų fragmentaciją ir tankios kontinentinės medžiagos šoninį transportą. Judėjimas yra glacialiai lėtas — maždaug milijoninę sraigės greičio dalį — tačiau per geologinį laiką toks tempas pakankamas perkelti medžiagos „gumbelius“ daugiau nei 1 000 km nuo jų pradinio šaltinio.
Prisijungus prie karštesnės, chemiškai kitokios okianinės mantijos aplinkos, kontinentiniai fragmentai keičia lydymosi sąlygas. Jie gali inicijuoti ir palaikyti turtingesnius tirpinius (enriched melts), kurie ilgai išlaiko vulkaninę veiklą net ir po to, kai rifto paviršiniai požymiai — plyšimo linijos ar rifto bazė — jau persikėlė toliau. Svarbiausia, kad tokie geocheminiai parašai gali išlikti be klasikinio, giliojo mantijos plūmo, kilusio nuo šerdies–mantijos ribos.
„Nustatėme, kad mantija jaučia kontinentų skilimo pasekmes dar ilgai po to, kai patys žemynai atskiriami,“ — sakė GFZ Helmholtzo centro Potsdame profesorius Sascha Brune, vienas iš straipsnio bendraautorių. — „Sistema nesisuka į ‘išjungta’ būseną formuojant naują vandenynų baseiną — mantija toliau juda, persitvarko ir perneša turtingą medžiagą toli nuo jos kilmės vietos.“
Mokslo aprašymas ir platesnės pasekmės
Ilgus dešimtmečius geofizikai ir geochemikai diskutavo, kaip okianinis vulkanizmas įgauna kontinentines chemines savybes. Tradicinės hipotezės akcentavo nuosėdų perdirbimą, nuneštą į mantiją per subdukcijos procesus, arba izoliuotas gilias kilpas — mantijos plūmus. Abu procesai išlieka reikšmingi, tačiau mantijos bangos mechanizmas siūlo sprendimą anomaliniams atvejams, kai nei nuosėdų perdirbimas, nei aiški plūmų veikla neišaiškina pastebėtos praturtintos chemijos.
Šis mechanizmas ne tik paaiškina keistus geocheminius modelius, bet ir perrašinėja mūsų supratimą apie mantijos konvekciją bei litosferos ir mantijos tarpusavio ryšį. Jis rodo, kad kontinentų skilimas palieka ilgalaikį ženklą mantijos struktūroje ir sudėtyje, o tai veikia vulkaninę veiklą ir geocheminę heterogeniškumą dešimtmečių milijonams metų. Tokios įžvalgos turi praktinių pasekmių plokščių tektonikos rekonstrukcijoms, vulkaninių provincijų interpretacijai ir giliosios anglies bei lakiųjų junginių ciklui, susietam su kontinentine medžiaga.
Pavyzdžiui, jei kontinentų šaknų fragmentai perkelti į okianinę mantiją laikotarpiu po Gondvanos skilimo, tie fragmentai galėjo tapti ilgalaikiais anglies ir volatilių junginių saugyklomis arba šaltiniais, kurie vėliau įtakojo deginamus išsiveržimus ir hidrosferos bei atmosferos sudėtį vietose, nutolusiose nuo kontinentų. Tai svarbu modeliuojant senovinius klimato pokyčius ir tikrinant, kaip giluminės žemės procesai galėjo prisidėti prie permainų paviršiuje.
Metodai ir tarptautinis bendradarbiavimas
Tyrimas, publikuotas žurnale Nature Geoscience, apjungė geodinaminius skaitmeninius modelius su platiais geocheminiais duomenų rinkiniais. Tarptautinė komanda apėmė mokslininkus iš Sautamptono universiteto, GFZ Helmholtzo centro Potsdame, Potsdamo universiteto, Queen’s University (Kanada) ir Swansea universiteto. Jų modeliai išbandė įvairias reologijas, terminės profilus ir tempimo režimus, siekiant parodyti, kaip mantijos bangos gali formuotis ir pernešti kontinentinę medžiagą realistiškomis tektoninėmis sąlygomis.
Modeliavime buvo įtraukti keli svarbūs elementai: temperatūros priklausoma klampa (viskozinė-elastinė medžiaga), advekciniai srautai, chemijos atskirtis ir faziniai pokyčiai gilumoje. Taip pat buvo įvertintos izostatinės sąveikos ir atšilimo atvejų įtaka tirpimo slenkstiams. Geocheminiai duomenys — pavyzdžiui, Sr–Nd–Pb izotopiniai santykiai ir retųjų žemės metalų (REE) profiliai — leido susieti modeliuotus pernašos laikotarpius su realiomis uolienomis, paimtų mėginių datavimais ir cheminiais parašais.
Be to, autoriai palygino savo rezultatus su gerai ištirtomis sritimis Indijos vandenyne, kur geologiniai ir geocheminiai duomenys suteikia galimybę patikrinti hipotezes. Tokia sintezė — tarp geochemijos, geofizikos ir geodinamikos — padidino hipotezės patikimumą ir atskleidė mechanizmo taikymo ribas bei jautrumą pradinėms sąlygoms.
Ekspertų įžvalgos
„Šis darbas parodo, kaip lėti, subtilūs procesai Žemės gelmėse gali turėti didelę reikšmę paviršiaus ir netoli paviršiaus esančiai geologijai,“ — pažymėjo dr. Elena Márquez, mantijos dinamikos specialistė dideliame mokslo universitete (ji nedalyvavo tyrime). — „Tai priminimas, kad mantija nėra vienalytė tyra terpė — ji saugo istorijos kišenes. Atskleidžiant, kaip tos kišenės juda ir sąveikauja, galime tiksliau sieti paviršiaus geologinius procesus su giluminėmis Žemės dinamikos jėgomis ir tobulinti modelius vulkaninių pavojų vertinimui, mantijos cheminės evoliucijos rekonstrukcijai bei plokščių rekonstrukcijoms.“
Parodžiusi, kad kontinentų šaknys gali būti atplėšiamos ir perkeliamas į okianinius domenu, studija atveria naujas tyrimo kryptis mantijos heterogeniškumo, vulkaninės kilmės ir ilgalaikės Žemės vidaus cheminės evoliucijos srityse. Ateities darbe mokslininkai galėtų susieti šiuos mechanizmus su platesnėmis temomis, tokiomis kaip giluminio anglies apykaita, vandenilio ir kitų lakiųjų junginių pernaša bei jų vaidmuo formuojant uolienų magminį potencialą įvairiuose tektoniniuose kontekstuose.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą