698
Велика плита океанічної кори може зануритися під континент, «загубитися» в мантії Землі, а через мільйони років усе ще впливати на те, де саме вивергаються вулкани. Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Communications і описане виданням Scienmag, пропонує пояснення: вирішальну роль відіграє внутрішня неоднорідність так званих «застиглих плит».
Автори роботи — Чжу (Zhu), Ден (Deng), Сюй (Xu) та їхні колеги — показують, що така плита не поводиться як єдиний жорсткий лист. Усередині неї можуть бути контрастні за складом і властивостями ділянки, які визначають, де саме переробляється кора, де піднімаються розплави та чому вулкани іноді утворюють щільні кластери, а не рівномірну дугу.
Що відбувається із субдукованою океанічною плитою
У зонах субдукції одна тектонічна плита занурюється під іншу та втягується в мантію. У міру занурення плита нагрівається, взаємодіє з навколишніми породами, виділяє воду й інші компоненти, здатні запускати плавлення мантії над нею. Разом із плитою фрагменти океанічної кори транспортуються в глиб Землі.
Втім, не всюди плита спускається безперервно до межі ядра й мантії. У деяких регіонах вона розплачується й затримується, утворюючи те, що геонауковці називають «застиглою плитою». Такі структури зазвичай пов’язують із зоною переходу мантії — шаром на глибині приблизно 410–660 км, де мінерали змінюють свою кристалічну структуру під дією високого тиску.
Зона переходу може бути і бар’єром, і тимчасовим «складом» для субдукованого матеріалу. Плита, що зупинилася там, надалі може деформуватися, частково опускатися глибше або взаємодіяти з висхідними й низхідними потоками мантії. Нове дослідження стверджує, що саме хімічна та фізична неоднорідність плити визначає, як розгортатимуться ці процеси, формуючи вузькі канали переробки кори й зосереджуючи вулканічну активність над ними.
Плита не є однорідною: чому це важливо
Проста картина субдукції припускає, що вся плита занурюється як цілісний лист і однаково впливає на поверхню. Однак океанічні плити складаються з різних матеріалів і мають різну історію формування ще до того, як дістатися жолоба субдукції.
У їхній корі можуть бути хімічно відмінні вулканічні породи, осади, змінені мінерали, сегменти, утворені за різних температур або в різних зонах серединно-океанічних хребтів. Після занурення ці відмінності можуть зберігатися на великих глибинах і впливати на те, як застигаюча плита згинається, розшаровується, обмінюється речовиною з навколишніми породами й зрештою вивільняє компоненти, здатні генерувати магму.
Термін «переробка кори» означає повернення речовини з поверхні до надр Землі й її можливе повторне підняття до поверхні. Субдукція — головний «рециклінговий» механізм планети. Океанічна кора, що народжується на серединно-океанічних хребтах, з часом змінюється під дією морської води, вкривається осадами й рухається до жолобів. У процесі занурення флюїди й розплави з плити потрапляють у мантійний клин над нею, знижуючи температуру плавлення й живлячи магматизм у Тихоокеанському «вогняному кільці» та інших зонах субдукції.
Сфокусована переробка й кластери вулканів
Головний висновок роботи: переробка кори може бути не рівномірною, а зосередженою в обмежених зонах. Неоднорідна застигла плита здатна створювати локальні ділянки, збагачені водовмісними мінералами чи «родючими» за складом фрагментами кори.
Разом з тим виникають різкі контрасти густини й плавучості. Щільніші частини плити легше занурюються далі, тоді як менш щільні або більш плавучі сегменти можуть затримуватися, згинатися чи розтікатися вбік. Унаслідок цього перероблений матеріал спрямовується в обмежені ділянки мантії, формуючи «гарячі точки» хімічного збагачення без обов’язкової участі класичних мантійних плюмів.
Таке сфокусоване перезбагачення може пояснити вулканічне «скупчення» — явище, коли вулкани групуються або витягуються в надзвичайно вузькі пояси. Вулканічні дуги часто розглядають як більш-менш безперервні структури, пов’язані з геометрією плити, що занурюється. Та за інтенсивністю вивержень вони дуже нерівномірні: одні сегменти насичені вулканами й потужними виверженнями, інші залишаються майже спокійними.
За запропонованою авторами схемою, такі контрасти можуть відображати глибоку будову застиглої плити, а не лише відмінності в розломах, товщині кори чи умовах зберігання магми близько до поверхні.
Довгий шлях матеріалу від глибини до вулкана
Зв’язок між застиглою плитою на глибині й вулканізмом на поверхні складний і тривалий. Речовина в мантії рухається завдяки конвекції, дифузії, зануренню й плавучому підйому, при цьому породи деформуються протягом геологічних масштабів часу.
Хімічно збагачена ділянка, що формується поблизу зони переходу, може повільно підніматися й взаємодіяти з кількома шарами мантії до того, як досягне основи кори. За цей час вона може змішатися з гарячішою або «збідненою» мантією, змінити мінеральний склад і набути нових хімічних ознак. Тому магма, що зрештою вивергається, несе складний «архів» як свого глибинного джерела, так і подальшої еволюції.
Такий погляд дає геонауковцям новий інструмент для інтерпретації вулканічних порід. Магми містять ізотопні й елементні «відбитки пальців», за якими можна судити, чи надходили їхні компоненти з мантії, субдукованих осадів, зміненої океанічної кори або старішого континентального матеріалу.
Якщо вулканічні кластери пов’язані з певними частинами неоднорідної застиглої плити, сусідні вулкани можуть демонструвати систематичні відмінності в елементах, пов’язаних із флюїдами, осадами чи переробленою корою. Такі закономірності допоможуть простежити рух глибинного матеріалу навіть тоді, коли сама плита вже лежить на сотні кілометрів нижче поверхні.
Як це змінює уявлення про еволюцію континентів
Отримані висновки важливі й для розуміння того, як ростуть і змінюються континенти. Субдукція не лише породжує вулкани: вона переносить матеріал між океанічним дном, мантією, корою й атмосферою.
З часом вулканічна активність і проникнення магми на континентальних окраїнах додають нову речовину до кори, тоді як ерозія й осадонакопичення повертають частину поверхневого матеріалу назад у субдукційні зони. Якщо застиглі плити «фокусують» місця, де перероблені компоненти знову залучаються до плавлення, вони здатні впливати на розподіл хімічно незвичних порід, родовищ корисних копалин і довготривалих зон нарощування кори.
У цій картині мантія Землі постає не як однорідний шар, а як динамічний архів. Плита, що ніби зупинилася, лишається тектонічно активною: вона зберігає контрасти, успадковані ще з океанського дна, і водночас перебудовує їх під дією високого тиску й температури. Ці відмінності впливають на потоки в мантії, хімічний обмін і шляхи, якими рухаються «інгредієнти» майбутньої магми.
У підсумку формується глибинна система зворотного зв’язку, де події в зоні субдукційного жолоба можуть визначати вулканічну географію далеко в майбутньому. Для широкої аудиторії головний висновок полягає в тому, що вулкани можуть бути пов’язані з прихованими структурами глибоко під поверхнею, а не лише з поточним розташуванням меж тектонічних плит.
Місцезнаходження вулканічного кластера може відображати будову плити, що колись починала свій шлях на океанському дні, занурилася в мантію й була «захоплена» в зоні переходу. Визначаючи, як неоднорідні застиглі плити спрямовують переробку кори, дослідження дає більш деталізоване пояснення того, чому одні регіони Землі стають центрами вулканізму, тоді як сусідні залишаються відносно спокійними.
Нерівномірні застиглі плити керують переробкою кори й вулканізмом з’явилася спочатку на Цікавості.
