Концепция Тектоники плит, введенная в научный обиход в начале двадцатого века Альфредом Вегенером, утверждает, что литосферные блоки земной коры (литосферные плиты) находятся в постоянном движении относительно друг друга. Движение современных блоков земной коры (материков) надежно установлено, а их относительные годовые сдвиги достаточно точно измерены с помощью лазерной спутниковой съемки. Но по-прежнему остается загадкой, вследствие какого механизма было запущено это движение в первый раз; как была образована первая зона субдукции? Ведь в далеком прошлом по сегодняшним представлениям, земная кора была цельной, как у современной Венеры. Что же ее раскололо?
Венера как модель: сегодня эта планета выглядит как Земля, возможно, выглядела до старта плитной тектоники. (Изображение: Nasa/JPL)
Понятно, что была необходима какая-то ослабленная зонка (пятно) в земной литосфере, чтобы части земной коры смогли начать свое движение вниз к мантии Земли. О природе такого возмущения высказываются разные мнения: одни ученые предполагают, что монолитная единая «броня» земной коры ранней Земли была в момент X пробита (или ослаблена) ударом гигантского метеорита или кометы, что привело к распаду литосферы на самостоятельные фрагменты, другие – допускают на ранней фазе развития Земли возможность разрыва сплошности литосферы за счет турбулентной конвекции мантийных масс. Оригинальный подход к решению этой задачи, основанный на данных сравнительной планетологии и компьютерного моделирования, был недавно развит международной группой ученых из четырех крупных научных центров Щвейцарии, США, Германии и Ю. Кореи. Эти исследователи, возглавляемые профессором Т.В. Геря (T.V. Gerya) из Федерального швейцарского технологического института (ETH) Цюриха, пришли к выводу, что первоначальным (триггерным) воздействием, запустившим тектонический процесс, мог явиться мощный мантийный плюм. Результаты работы в ноябре этого года были представлены в онлайн версии журнала Nature, а краткое их содержание – на сайте ETH Швейцарии и в материалах news.sciencemag.org/earth/2015.
Мантийные плюмы рождаются на нижней границы мантии и ядра, где происходит резкий рост температуры. ©Walter Kiefer
Отправной точкой в рассуждениях авторов рассматриваемой статьи явилось следующее. Изучая отложения относительно молодых океанических базальтов в Карибском море, они в этих базальтах открыли необычную кольцевую структуру, своеобразную «дыру», возникшую в земной коре в результате воздействия плюма примерно 100 миллионов лет назад. Примерно в это же время тектоническая плита, на которой находится эта "дыра", начала погружаться под соседние плиты. Это натолкнуло группу Т.В. Геря на мысль, что образование подобных структур могло привести к расколу монолитной коры Земли в далеком прошлом. Они проверили такую возможность с помощью трехмерного численного термомеханического моделирования высокого разрешения, которое было использовано для исследования закономерностей «первого акта творения» плитной тектоники. Результаты моделирования показывают, что мантийные плюмы и ослабленные места литосферы, действительно могли сформировать первую зону субдукции в условиях, существовавших в докембрии около трех миллиардов лет назад. Тогда уже литосфера Земли был толстой и холодной, а мантия по-прежнему очень горячей, обеспечивая достаточное количество энергии, чтобы значительно «ослабить» литосферу над плюмом. Авторы статьи указывают три основных фактора образования, как они называют, «триггерной самоподдерживающейся субдукции». Первый — отрицательная плавучесть литосферной плиты, в результате чего ее субдуцирующая часть тонет в астеносфере и тянет за собой всю плиту. Второй — магматическое ослабление и истончение литосферы над плюмом. Третий — наличие водной смазки для эффективного скольжения литосферных плит. Все это в условиях горячей ранней Земли и равномерно покрывающей ее поверхность коры помогло возникнуть зонам субдукции и впоследствии — «сегодняшней мозаики плит».
Литосфера Земли, разделенная на несколько основных плит. (Графика: NASA)
Интересно отметить, что та же компьютерная модель показывает, что в сегодняшних условиях, когда имеем меньшую разницу температур между литосферой и материалом плюма, плюминдуцированную субдукцию уже трудно организовать, потому что литосфера уже слишком жестка и плюмы едва ли способны достаточно ослабить ее.
P.S. О пользе компьютерного моделирования. По мнению нашего соотечественника, геофизика Тараса Викторовича Геря, работающего сегодня в швейцарском ETH, «невозможно восстановить историю возникновения глобальной тектоники на планете Земля, исходя лишь одних наблюдений (т.к. вовсе не существует никаких геофизических, и имеется лишь немного геологических данных по истории ранней Земли) и лабораторных экспериментов, которые не могут помочь восстановить протекание тектонических процессов, развивающихся на гигантских пространствах и огромных промежутках времени. Поэтому лишь на основе компьютерных моделей мы можем воспроизвести и понять события ранней истории Земли».
Центр перспективного развития ВСЕГЕИ
Источник(и): http://www.nature.com/nature/journal/v527/n7577/full/nature15752.html
http://news.sciencemag.org/earth/2015/11/how-shell-ancient-earth-cracked-giving-rise-moving-continents
http://naked-science.ru/article/sci/geologi-smodelirovali-razlom-z
http://ria.ru/science/20151112/1319226486.html
https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2015/11/plate-tectonics-thanks-to-plumes.html
http://ria.ru/science/20151112/1319226486.html#ixzz3rHeYNayv
