ПРИХОВАТИ

Новий механізм утворення вулканів пояснює виникнення Бермудських островів

Бермудські острови

Дослідники з Корнельського університету у США зацікавилися походженням Бермудських островів. Вони дослідили гірські породи, що лежать в основі островів цього вулканічного архіпелагу та встановили, що вони сильно відрізняються від усіх вулканічних порід, що досі зустрічалися у басейні Атлантичного океану. Це привело вчених до висновку про існування невідомого раніше механізму виникнення вулканізму.

Як виникають вулкани?

До недавнього часу дослідження геологічних процесів на Землі показувало, що існує два механізми виникнення вулканів. Перший пов’язаний із зіткненням літосферних плит, коли вони розтріскуються і зминаються. При цьому створюється додатковий тиск безпосередньо у верхньому шарі мантії, який знаходиться під цими плитами та вивільняється через тріщини. Ці вулкани зосереджені біля країв тектонічних плит.

Другий механізм пов’язаний з плюмами – потоками гарячої речовини у глибинах мантії Землі, які йдуть від ядра до самої поверхні. У цьому випадку цей потік буквально проплавляє та проламує тектонічну плиту, створюючи так звану «гарячу точку», а на її місці без усілякого зв’язку з краями тектонічних плит утворюється вулкан.

Плюми ніяк не пов’язані з рухом плит, тож «гаряча точка» протягом мільйонів років зміщується відносно земної кори та утворює нові вулкани. Якщо це відбувається під океаном, то виникає вулканічний архіпелаг.

Візуалізація вулканічного плюму

Загадка Бермудських островів

Саме другий механізм передбачався для Бермудських островів, що знаходяться біля атлантичного узбережжя США. Їхня віддаленість від країв літосферних плит виключає інший варіант виникнення, тож дослідники справедливо передбачали, що їх сформувала саме «гаряча точка». Однак біля островів була відсутня одна з найголовніших ознак плюму – магнітний слід. Річ у тім, що коли великий потік речовини рухається у глибинах Землі впродовж мільйонів років, то він викликає локальні зміни у магнітному полі Землі і намагнічує гірські породи. Однак на Бермудах такої мітки знайдено не було.

Щоби розібратися, у чому ж справа, Естебан Газель з Корнельського університету разом із колегами піддали ізотопному аналізу зразок вулканічної породи, видобутий з глибин Бермудських островів. Цей зразок є результатом глибинного буріння, яке відбулося ще 1972 року. Тоді було досягнуто глибини понад 700 метрів.

У поперечно-поляризованому мікроскопічному зрізі зразка синій і жовтий кристал – титан-аугіт, оточений масою мінералів, до складу якої входять польові шпати, флогопіт, шпінель, перовскіт та апатит. Ця комбінація свідчить про багату на воду манті. Джерело: Gazel Lab/Provided

Результати дослідження зразка виявилися незвичними. Вік гірських порід приблизно дорівнював 30,9 мільйона років, що збігається з припущеннями вчених про час виникнення Бермудського архіпелагу. Однак ізотопний склад зразка виявив співвідношення речовин, яке досі ніде у басейні Атлантичного океану не зустрічалося. Співвідношення ізотопів свинцю у зразку скоріше нагадувало лави, що виливаються поблизу кордонів літосферних плит. Крім того, у зразку було чимало легких порід явно поверхневого походження та води.

Водночас, за вмістом усіх цих речовин, зразок не був повністю ідентичним і «межовим» лавам. Однак, виходячи з вмісту, дослідники все ж побудували модель того, як же утворилися вулкани, що підняли на поверхню Бермудські острови.

Процеси у перехідній зоні

На межі верхнього та нижнього шарів мантії, тобто на глибині приблизно 440-660 кілометрів, знаходиться перехідна зона – шар речовини, що займає проміжне становище між цими двома оболонками Землі. Коли відбувається зіткнення тектонічних плит, то воно часто супроводжується субдукцією – процесом заглиблення однієї плити під іншу. В результаті субдукції рештки плит заглиблюються у мантію і, зрештою, опиняються у перехідній зоні. Тут вони переплавляються, і високий вміст води лише допомагає цьому.

Бермуди мають унікальне вулканічне минуле. Близько 30 мільйонів років тому порушення в перехідній зоні мантії перенесло магму, з якої утворився новий вулканічний фундамент, на якому знаходиться острів. Джерело: Wendy Kenigsberg/Clive Howard – Cornell University, modified from Mazza et al. (2019)

Власне, дослідження ізотопного складу зразка, видобутого з глибин Бермудських островів показало, що він містить рештки матеріалу тектонічної плити віком близько 650 мільйонів років. Вона існувала у часи, коли на Землі тільки почав утворюватися континент Пангея, але з часом заглибилася під іншу та опинилася у транзитній зоні, де впродовж десятків і сотень мільйонів років відбувалось її переплавлення.

Потім, внаслідок комбінації руху тектонічних плит, взаємного розташування континентальної та океанічної кори та умов у транзитній зоні, виник потік речовини. Він був аналогічним до глибинних плюмів, однак був меншим за масштабом і не супроводжувався значними змінами магнітного поля. Однак його виявилося достатньо для виникнення вулканів, які згодом стали Бермудським архіпелагом.

У своїй статті дослідники припускають, що описане явище не було вже й таким виключним. У майбутньому ми можемо знайти чимало місць на планеті, що сформувалися в результаті подібних процесів. Світ у черговий раз виявився складнішим, ніж ми очікували. Ми знали, що тектонічні плити в результаті процесу субдукції не зникають безслідно, але що з їхніми рештками відбувається у глибинах Землі – досі могли тільки здогадуватися. Зараз ми можемо сказати, що іноді вони повертаються до нас, утворюючи вулканічні острови.

Nature (2019), doi: 10.1038/s41586-019-1183-6

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
15
Shares
15 Shares:
Перегляньте також
Далі

Таємна мова дерев

Переважна частина лісу живе в тіні дерев-гігантів, в яких листяний покрив розташований найвище та охоплює найбільшу територію. Це…