Группа геофизиков из университетов КНР и США обнаружила в ходе сейсмических исследований фрагмент древнего океанического дна, скрытый под материковой корой на рекордной глубине свыше 650 километров. Этот осколок Тихоокеанской плиты, погрузившийся в мантию в процессе субдукции (сдвига одной плиты под другую) многие миллионы лет назад, сейчас располагается под северо-восточными районами Китая. Об открытии сообщает статья в научном издании Nature Geoscience.
Куда движется океанское дно
Породы, слагающие мантию, находятся в медленном, но непрерывном конвективном движении: получая тепло от земного ядра, потоки мантийного вещества поднимаются вверх, остывают и вновь погружаются на глубину. Одним из следствий этого процесса является постоянное перемещение образующих твердую поверхность Земли блоков – литосферных плит, переносимых мантийными течениями.
Наиболее энергично движутся не несущие громоздких континентальных массивов тонкие плиты океанической коры. В зонах восхождения мантийных потоков происходит рождение новой коры и раздвижение океанского дна, которое компенсируется за счет субдукции в тех участках, где одна плита «подныривает» под край другой и погружается обратно в мантию.
Так рождается и исчезает дно земных океанов, и этот процесс протекает отнюдь не гладко. При контакте плит высвобождается энергия, и, хотя большинство возникающих при этом сейсмических колебаний оставались бы незамеченными без специальных приборов, в некоторых случаях субдукция сопровождается разрушительными землетрясениями и всплесками вулканической активности.
Сейсмическая томограмма недр
На характер этих тектонических явлений в том или ином районе земной поверхности влияют многие факторы, в том числе глубина, на которой залегает погрузившаяся плита под данной местностью, и угол ее погружения. Информацию о них можно получить, исследуя порождаемые субдукцией сейсмические волны.
Анализируя изменение скоростей волн разного типа, возникающих при землетрясении, сейсмологи могут определить, где располагался его глубинный очаг – гипоцентр. На скорость распространения волн влияет плотность и упругость пород, и ученые используют это свойство для сканирования земных недр.
Однако для построения подробных моделей, включающих границы погрузившихся плит, необходимо располагать большим массивом данных с разных сейсмических станций. Предыдущие исследования позволили сейсмологам определить эти границы на глубинах около 200 км. И, хотя ученые располагали данными о глубокофокусных землетрясениях с очагами на глубинах свыше 600 км, оконтурить тонущую в мантии плиту достаточно четко до сих пор не удавалось.
В новой работе сейсмологи обработали более 67 тысяч измерений, полученных на 313 сейсмостанциях в северо-восточной части Китая. В результате исследовательская группа смогла установить, где располагаются верхняя и нижняя поверхности плиты, погруженной в мантию на глубины от 410 до 660 километров. В этом интервале находится переходная зона между верхней и нижней мантией, характеризующаяся заметным ростом скоростей сейсмических волн.
Что там, на глубине?
Свойства переходной зоны связаны со структурной перестройкой мантийного вещества, происходящего при определенном сочетании давления и температуры. Считается, что здесь происходит разрушение погружающихся плит.
Новое исследование показало, что край Тихоокеанской плиты, достигший переходной зоны, действительно сильно деформирован. Однако плита, погружающаяся под углом около 25 °, сохраняет как верхнюю, так и нижнюю границу, следовательно, ее вещество еще не перемешалось окончательно с вмещающей породой.
Непосредственно под плитой мантийная порода оказалась частично расплавлена. Это говорит о том, что, достигнув такой огромной глубины, древний фрагмент дна Тихого океана до сих пор несет в своем составе связанную воду, присутствие которой способствует понижению температуры плавления пород.
Давление мантийного расплава мешает плите погружаться дальше. Но, как отмечает один из соавторов работы, сейсмолог Фэнлинь Ню из Университета Райса (Хьюстон) и Китайского нефтяного университета (Пекин), сейсмическая томография показала, что в плите образовались отверстия, через которые расплав поступает вверх. Поэтому ученые допускают, что фрагменты плиты могут опуститься еще глубже, если не успеют полностью разрушиться в пределах переходной зоны.
Подъем расплавленного вещества мантии через отверстия в разрушающейся плите может помочь объяснить существование некоторых вулканов, таких как расположенный на границе Китая и КНДР Чанбайшань. Он удален от района, где Тихоокеанская плита начинает свое погружение, на тысячу километров, и появление этого вулкана до сих пор не находило удовлетворительного объяснения.
Ученые намерены продолжить сейсмологические исследования в северо-восточном Китае. Здесь установлено уже 140 станций, оснащенных широкополосными сейсмометрами, и новое оборудование позволит получить более четкую и детальную картину глубинных тектонических процессов и характер их проявлений на поверхности нашей планеты.
Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание