873
Уявіть собі вулканічний «континент» розміром з півпланети, який мав би виринути з океану, як Ісландія на стероїдах, але так і залишився прихованим під водою. Саме такою загадкою десятиліттями було плато Онтонг-Ява в західній частині Тихого океану. Нове дослідження, про яке розповідає SciTechDaily, пропонує розв’язання цього парадоксу: плато могло народитися з особливого, термохімічного плюму мантії, а не з «класичного» гарячого стовпа.
Що відомо коротко
- Онтонг-Ява — це найбільше океанічне плато на Землі, побудоване з гігантських об’ємів лави і з корою, значно товстішою за навколишнє дно океану.
- Класична модель гарячого мантійного плюму передбачає підняття поверхні перед виверженнями, але геологічні дані показують, що плато формувалося переважно під водою.
- Альтернативна модель швидкого розширення океанічного дна не узгоджується з віком базальтів плато та магнітними структурами сусіднього океанічного дна.
- Термодинамічне моделювання показало, що плато найкраще пояснює термохімічний плюм — гарячий і хімічно відмінний від оточення матеріал мантії.
- Такий плюм з температурною аномалією 135–200 °C і до 13% пікроксеніту може пояснити товщину кори, склад лав і підводне формування плато.
Чому гігантське плато мало б виринути — але не виринуло
Онтонг-Ява — це океанічне плато, тобто величезна підводна вулканічна провінція з піднятим дном і надзвичайно товстою океанічною корою. Воно утворилося переважно в ранньому крейдовому періоді на Тихоокеанській плиті й за розмірами конкурує з континентами.
За «класичною» теорією мантійного плюму, з глибин Землі повільно піднімається стовп надзвичайно гарячої мантії. Коли він досягає основи океанічної плити, розтікається вбік, тиск зменшується, і частина мантії плавиться, породжуючи величезні об’єми магми. Такий процес мав би спочатку підняти дно океану настільки, що майбутнє плато тимчасово стало б сушею.
Але геологічні свідчення говорять протилежне: більша частина Онтонг-Яви формувалася під рівнем моря. Це й створювало головну загадку: як отримати стільки лави й таку товсту кору, не «витягнувши» плато над поверхню океану?
Дві старі моделі, які не працювали до кінця
Вчені довго сперечалися між двома основними сценаріями. Перший — глибокий мантійний плюм: гарячий матеріал піднімається десятки мільйонів років, розтікається під плитою, плавиться й створює широке вулканічне плато.
Другий — надзвичайно швидке розширення океанічного дна. У цьому випадку мантія під серединно-океанічними хребтами плавиться через зниження тиску, а лави настільки багато, що формується велика магматична провінція.
Однак обидві моделі «спотикалися» об факти. Чисто термічний плюм мав би надто сильно підняти плато. А модель швидкого розширення не узгоджується з радіометричними віками базальтів, отриманих зі свердловин на плато: вони погано збігаються з віком сусідніх магнітних лінеацій на океанічному дні. Це натякає, що плато формувалося всередині плити, а не біля серединно-океанічних хребтів.
Термохімічний плюм як «гібридне» рішення
Команда з Південно-Китайського інституту океанології Академії наук Китаю застосувала термодинамічне моделювання, щоб відтворити умови в мантії під час формування Онтонг-Яви. Вони порівняли сценарій класичного плюму та сценарій швидкого розширення дна.
Розрахунки показали, що модель розширення дна вимагала б або нереалістично високої потенційної температури мантії, або дуже великої частки щільного, але легко плавкого пікроксеніту. Це виглядало малоймовірним.
Натомість модель термохімічного плюму виявилася набагато переконливішою. У ній плюм не лише гарячіший за навколишню мантію, а й має інший хімічний склад. Дослідники показали, що плюм з температурною аномалією приблизно 135–200 °C і вмістом до 13% пікроксеніту здатен одночасно пояснити:
- спостережувану товщину кори плато;
- хімічний склад лав, які його будують;
- той факт, що плато залишалося переважно підводним під час формування.
Використовуючи відмінності в товщині кори та складі лав у різних частинах плато, вчені побудували просторову модель еволюції «голови» такого термохімічного плюму — тобто його розтікання під плитою в часі.
Що це означає для інших океанічних плато
Результати натякають, що термохімічні плюми можуть відігравати значно більшу роль у формуванні океанічних плато, ніж вважалося раніше. За словами першого автора роботи, професора Цзінчана Чжана (Jinchang Zhang), багато інших океанічних плато також пов’язані з неоднорідними джерелами мантії.
Це означає, що в їхньому походженні теж можуть бути задіяні термохімічні плюми, а не лише «чисто термічні» стовпи гарячої мантії. Такий механізм суттєво відрізняється від моделі, яка довго вважалася основною.
Інакше кажучи, під океанським дном може діяти не проста «гаряча лампа», а складна система струменів з різною температурою й хімічним складом, які по-різному будують кору планети.
FAQ
Це остаточне пояснення походження плато Онтонг-Ява?
Дослідження пропонує модель, яка краще за попередні узгоджується з наявними даними, але це не «крапка в історії». Моделювання завжди спирається на припущення, і майбутні бурові роботи чи нові геофізичні дані можуть уточнити або скоригувати цю картину.
Чим термохімічний плюм відрізняється від звичайного мантійного плюму?
Звичайний плюм вважають переважно «гарячішою ділянкою» тієї ж мантії. Термохімічний плюм, окрім підвищеної температури, має ще й інший хімічний склад, наприклад більшу частку легко плавких порід. Це змінює, скільки магми утворюється і як поводиться кора над плюмом.
Чому вчені не дійшли до цієї моделі раніше?
Потрібні були як детальні геологічні й геофізичні дані про плато, так і достатньо потужні методи моделювання, щоб перевірити різні сценарії. Лише поєднання цих факторів дозволило серйозно протестувати термохімічний варіант і показати, що він краще пояснює спостереження.
Чи має це значення для розуміння вулканізму на суші?
Так, опосередковано. Якщо термохімічні плюми виявляться поширеним механізмом, це може змінити уявлення про великі магматичні провінції загалом, у тому числі й континентальні. Це впливає на моделі теплової еволюції Землі, рух плит і навіть на оцінку минулих кліматичних змін, пов’язаних з масовими виверженнями.
Виявляється, гігантське вулканічне плато може вирости до «континентальних» масштабів і при цьому так і не показатися над поверхнею океану — якщо його живить не просто гарячий, а ще й хімічно особливий струмінь мантії. Це змушує по-новому подивитися на те, як глибокі процеси в надрах тихо, але радикально перекроюють обличчя нашої планети.
Вчені пояснили як гігантське плато в океані не піднялося над водою з’явилася спочатку на Цікавості.
