Мадагаскар, большой остров у восточного побережья Африки с лемурами и баобабами, считается, что он находится в центре старой тектонической плиты, и поэтому, по правилам тектоники плит, должен быть тектонически спокойным: мало землетрясений и нет вулканов.
Но это не так. По словам Мартина Пратта, ученого-исследователя в области наук о Земле и планетах из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, остров не подвергался тектоническим воздействиям в течение последних 80 миллионов лет, однако на нем происходит около 500 землетрясений в год..
На острове также есть вулканы, которые были активны в недавнем геологическом прошлом. «Наличие действующих вулканов на Мадагаскаре похоже на извержение вулканов в Сент-Луисе», - сказал Майкл Вайсессион, профессор наук о Земле и планетах. "Вы должны спросить себя: "Что они там делают?""
Поскольку эта часть мира является геологически сложной, существует множество интересных возможных объяснений вулканов. Чтобы это выяснить, геологам нужно было изучить не только доступную поверхность острова, но и то, что лежит под твердой корой и верхней мантией.
Чтобы получить изображение недр Земли, геологи используют метод, называемый сейсмической томографией, который похож на медицинскую компьютерную томографию, исследуя границы Земли с помощью сейсмических волн от отдаленных землетрясений и окружающего шума. Но отдаленный и политически нестабильный Мадагаскар до недавнего времени практически не исследовался сейсмическими методами.
Начиная с 2010 года, однако, три группы, в том числе группа под руководством сейсмологов Вашингтонского университета Вайсессиона и Дуга Винса, начали развертывание сейсмических групп на Мадагаскаре, на близлежащих островах в Мозамбикском проливе (между островом и Африкой) и на дне океана к востоку от Мадагаскара.
В статье, опубликованной 22 ноября в журнале Earth and Planetary Science Letters, ученые Вашингтонского университета сообщают, что они обнаружили три области горячей породы в мантии под тремя отдельными вулканическими провинциями на острове.
Они также видят признаки того, что дно литосферы под центральной вулканической провинцией отслоилось. По мере того как холодная порода погружалась в мантию, более горячая порода обтекала ее к центру и югу острова. Корка, не отягощенная, подпрыгивала выше. Тем временем северная вулканическая провинция, вероятно, использует другой источник тепла.
Разрушенный кусок древнего континента
Мадагаскар, изначально входивший в состав древнего континента Гондвана, формировался в два этапа. Остров вместе с Индией оторвался от Африки 150 миллионов лет назад, растянув и истончив кору на западном побережье острова, прежде чем она окончательно откололась. Утонченная земная кора на западном берегу прогнулась, провалы заполнились отложениями, образовав глубокие впадины из осадочных пород.
Затем, около 90 миллионов лет назад, когда мини-континент мигрировал над горячей точкой Марион (мантийный шлейф, который сейчас лежит под Антарктической плитой на юге), кратковременные, но мощные извержения покрыли остров лавой. Считается, что взрыв тепла расколол преобладающий континент на две части, Мадагаскар и Индию, которые прошли мимо восточного побережья Мадагаскара на пути на север в сторону Азии, оставив там очень прямую береговую линию.
Но вулканизм в центральной, северной и южной провинциях намного моложе, чем базальтовые остатки извержения 90-миллионной давности, все еще обнаруженные по периметру Мадагаскара. Итак, вопрос был: откуда они взялись?
Что изображено на картинках
Ведущий автор Пратт использовал три взаимодополняющих метода для анализа поверхностных волн (сейсмических волн, захваченных вблизи поверхности Земли), которые создаются отдаленными землетрясениями и источниками сейсмического шума, такими как океанские штормы.
"Его подход умный и творческий", сказал Вайсессион. «Он взял три действительно разных набора данных, некоторые хороши на высоких частотах, которые дают лучшее разрешение на малых глубинах, а некоторые лучше на низких частотах, которые дают лучшее разрешение на больших глубинах, и соединил их все вместе. Это немного похоже на объединение рентген, МРТ и КТ, чтобы получить более четкое изображение."
Изображения показывают три низкоскоростных сейсмических аномалии, соответствующие подъему более горячей мантийной породы вдоль хребта острова.
«Мы знали о названных вулканических провинциях в центре и на севере», - сказал Вайсессион. «Но мы не знали о том, что на юго-западе. Когда мы увидели третье пятно на снимках, мы сверились с литературой и обнаружили, что действительно вулканическая активность там была не далее как 9 миллионов лет назад».
Причина возникновения трех горячих областей в мантии, однако, остается загадкой. Хотя на томографических изображениях есть некоторые указания на то, что регионы могут быть связаны, особенно два южных, для подтверждения потребуется дальнейшее моделирование более глубокой структуры.
Одним из источников горячих регионов ранее было предложено быть горячая скала, поднимающаяся сквозь мантию как горячая точка Коморских островов, которая создала набор вулканических островов к западу от северной оконечности острова.
У авторов, однако, другая идея, и она исходит из того, что центральные и юго-западные провинции кажутся связанными на глубине.
«Если вы посмотрите на изображения, сделанные Мартином, - сказал Вайсессион, - вы увидите форму подковы, где центральная горячая аномалия мантии отклоняется на запад, а затем снова возвращается на восток, соединяя центральную и южную провинции.
Отклоняющее препятствие кажется плитой из более холодного камня. «Мы думаем, что литосфера (кора и твердая верхняя мантия) расслоилась, и ее дно отвалилось», - сказал Вайсессион. «По мере того, как холодная, плотная плита начала тонуть, более горячие породы хлынули вверх и заменили ее, поддерживая центральную провинцию и, когда она наклонялась, блокируя поток на юг."
Но что заставило дно литосферы отслоиться? «Мы думаем, что это могла быть горячая точка Марион», - сказал Вайсессион. «Низ плиты был нагрет этой огромной паяльной лампой 95 миллионов лет назад, ослабив породу настолько, что она смогла отслаиваться. Так что мы все еще наблюдаем сопутствующие повреждения от этого древнего события».
Эта идея также имеет то преимущество, что объясняет необычно высокие высоты северной половины острова. Как только тяжелое дно плиты отвалилось, оно перестало тянуть вниз корку, которая отскочила вверх на целых километр, поскольку место отслоившейся плиты занял горячий камень снизу.
Нечто подобное произошло под Большим Бассейном на западе Соединенных Штатов, сказал он, где дно литосферы также откололось, образовав большой сгусток холодного материала, опускающегося сквозь мантию под поверхность центральной Невады. По словам Вайсессиона, паяльная лампа, расслоившая плиту, была центром распространения океана, который был перекрыт Североамериканской плитой.