Скрытый убийца тектонических теорий: «призрачный шлейф» Дани размягчает породы на глубине 660 км, но не выходит наружу

Земля постоянно теряет тепло — около 47 тераватт уходит в космос. По сравнению с солнечной энергией это капля в море. Однако именно этот внутренний жар управляет тектоникой плит, вулканами и магнитным полем планеты. Ученые долго считали, что тепловой поток поднимается к поверхности равномерно, за счет медленной конвекции в мантии, словно пар, просачивающийся сквозь густой суп.

Новое исследование предлагает иной механизм. Часть тепла может перемещаться по скоростным каналам — мантийным плюмам. Концепцию впервые предложил У. Джейсон Морган еще в 1971 году. Теперь же у нее появилось неожиданное подтверждение. Результаты опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.

В Омане нашли то, чего не должно быть видно

Группа ученых сообщила об открытии первого «призрачного шлейфа». У него нет никаких следов вулканической активности на поверхности. Он спрятан глубоко под восточными пустынями Омана.

Ведущий автор работы Симоне Пилия из Университета нефти и минералов имени короля Фахда проанализировал тысячи записей землетрясений. Обнаруженный погребенный столб он назвал плюмом Дани — в честь своего сына.

Обычно такие плюмы добираются до поверхности. На Гавайях или в Йеллоустоне они формируют узнаваемые геологические картины: лавовые поля, гейзеры, кальдеры. Но в Омане нет свежих лавовых полей. И в этом главная странность.

Плюм Дани достаточно горячий, чтобы размягчить породу. Но его температура не позволяет пробить толстый континентальный слой. Именно поэтому его называют призраком — он есть, но не проявляет себя привычным образом.

Как заглянуть внутрь Земли без бурения

«Чем больше доказательств мы собирали, тем больше убеждались, что это сейсмический шлейф», — рассказал Пилия. Его команда проследила происхождение аномалии до глубины как минимум 660 километров. На этом уровне сейсмические волны замедлялись, формируя аккуратный цилиндр шириной около 200 километров.

Независимые исследования добавили деталей. Переходная зона мантии сначала прогнулась вниз на глубине 410 километров, а затем снова поднялась на 660 километрах. Это классический тепловой след поднимающегося материала.

Для поисков использовали сейсмическую томографию — своего рода компьютерную томографию для Земли. Метод превращает колебания от землетрясений в трехмерные карты скоростей. Повышение температуры примерно на 93 °C снижает скорость поперечных волн примерно на три процента.

В Омане скорость сдвига внутри колонны упала ровно на эту величину. Расчетная избыточная температура составила 93–260 °C. Этого хватает, чтобы размягчить перидотит. Но порог плавления под литосферой толщиной 209 километров все еще не достигнут.

Саския Гоэс из Имперского колледжа Лондона не участвовала в работе, но проанализировала данные. Она назвала обнаружение «правдоподобным» и отметила, что узкие колонны визуализировать очень трудно.

Поверхность тоже выдает скрытый жар

Даже без лавы есть внешние признаки. Плато Салма на востоке Омана поднимается на высоту более 1980 метров. При этом кора там почти не сокращается — ситуация необычная.

Измерения GPS и изучение береговой линии показывают: побережье продолжает медленно расти. Скорость подъема — менее 0,04 дюйма (0,1 сантиметра) в год. Самое простое объяснение — динамическая поддержка со стороны горячей, плавучей мантии в глубине.

Похожее поднятие наблюдают в районе Йеллоустона. Там известный плюм питает долгоживущую вулканическую и гидротермальную активность на западе Америки. Но оманский вариант гораздо спокойнее. Он доказывает: плюмы способны приподнимать кору, даже оставаясь запертыми глубоко под твердыми породами.

Скрытая рука, которая двигает плиты

Геологические реконструкции указывают на любопытную деталь. Плюм Дани подошел под Индийскую плиту около 40 миллионов лет назад. Примерно тогда же плита слегка изогнулась в восточном направлении.

Группа Пилиа утверждает: вязкое сопротивление потока плюма подталкивало плиту — словно некая скрытая рука. Расчеты крутящего момента показали: канал шириной около 200 километров, перемещающий несколько кубических миль горячей породы в год, вполне мог обеспечить необходимую силу. Ни одно другое близлежащее тектоническое событие не объясняет timing так точно.

Если один безамагматический плюм способен направлять движение континентов, то множество скрытых плюмов, возможно, незаметно влияли на тектонику плит в прошлом Земли.

Почему это меняет тепловой баланс планеты

Мантия Дани важна и для понимания того, сколько тепла Земля теряет на самом деле. Если множество подобных столбов обходят медленную конвекцию, то больше энергии, чем ожидалось, поступает прямо из ядра. А это потенциально сокращает оценки того, как долго сможет работать внутреннее динамо, поддерживающее магнитное поле.

В будущем комплексы донных сейсмометров и спутниковые гравиметрические миссии помогут обнаружить другие скрытые шлейфы. Они могут прятаться под мощными кратонами или древними океаническими бассейнами. Новые данные позволят уточнить модели, связывающие глубинные процессы с поверхностными опасностями и формированием ресурсов.

Общее дерево в глубинах Земли

Есть еще одна интригующая версия. Плюм Дани, возможно, берет начало в том же глубоком резервуаре, что и плюм Афар под Африканским Рогом. Сейсмические изображения глобальной томографической модели DETOX-P3 показывают: оба плюма могут быть ветвями более широкой низкоскоростной структуры на границе ядра и мантии. Она простирается на тысячи километров по нижней мантии.

Эта древовидная структура подтверждает растущие теории о том, что мантийные плюмы поднимаются не изолированными столбами. Они могут быть частями взаимосвязанных сетей суперплюмов. В таком случае горячие точки вроде Афара, Йеллоустона и теперь Омана имеют общее происхождение. Разные континенты оказываются связаны с едиными источниками в глубинах планеты.

Чему учит «призрак» Дани

Традиционные методы поиска мантийных плюмов долго опирались на поверхностный вулканизм. Но оманский пример показывает: полагаться только на лавовые потоки и вулканические породы рискованно. Так можно упустить из виду ключевые факторы, управляющие внутренней динамикой Земли.

Вместо этого ученые предлагают комбинацию методов:

сейсмическая томография;

анализ движения тектонических плит;

топографические сигналы.

Такой междисциплинарный подход уже помог выявить один скрытый шлейф. И он способен привести к новым открытиям в местах, которые раньше считались свободными от тепловых аномалий. А значит, наши представления о том, как тепло от ядра Земли добирается до поверхности, еще не раз изменятся.

Фото: freepik.com