Как заставить исчезнуть половину массы двух континентов? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно обнаружить, что его нет.
Это то, что сделали трое ученых-геологов из Чикагского университета и их коллега, и их объяснение того, куда делась масса, существенно меняет преобладающие представления о том, что может произойти, когда континенты сталкиваются. Это также имеет важное значение для нашего понимания того, когда континенты выросли до своих нынешних размеров и как изменилась химия недр Земли.
Исследование, опубликованное в Интернете в сентябре.19 в Nature Geoscience исследует столкновение Евразии и Индии, которое началось около 60 миллионов лет назад, создало Гималаи и все еще находится в (медленном) развитии. Ученые с беспрецедентной точностью подсчитали площадь суши, или «континентальной коры», до и после столкновения.
«Мы обнаружили, что половина массы, которая была там 60 миллионов лет назад, сегодня отсутствует на поверхности Земли», - сказала Микела Ингаллс, аспирант геофизических наук, которая руководила проектом в рамках своей докторской работы..
Результат оказался неожиданно большим. Рассмотрев все другие способы объяснить массу, исследователи пришли к выводу, что такое огромное расхождение в массе можно объяснить только тем, что недостающий кусок вернулся обратно в мантию Земли, что геологи считали более или менее невозможным в таком масштабе.
Когда тектонические плиты сходятся, что-то должно отступить. Согласно теории тектоники плит, поверхность Земли представляет собой мозаику из примерно дюжины твердых плит, находящихся в относительном движении. Эти плиты движутся поверх верхней мантии, и плиты, покрытые более толстой и плавучей континентальной корой, поднимаются выше, чем плиты, покрытые более тонкой океанической корой. Океаническая кора может погружаться и скользить в мантию, где она в конечном итоге смешивается с материалом мантии. Но континентальная кора, подобная той, что участвовала в столкновении Евразии и Индии, менее плотная, и геологи долгое время считали, что, когда она встречается с мантией, она выталкивается обратно, как надувной мяч в воде, и никогда не смешивается с ней.
Геология 101 негодяй
«На курсе «Геология 101» нас учат, что континентальная кора находится на плаву и не может погрузиться в мантию», - сказал Ингаллс. Новые результаты выбрасывают эту идею в окно.
«У нас действительно есть значительное количество земной коры, которая исчезла из резервуара земной коры, и единственное место, куда она может уйти, - это в мантию», - сказал Дэвид Роули, профессор геофизических наук, один из консультанты и соавторы проекта.«Раньше считалось, что мантия и земная кора взаимодействуют лишь в относительно незначительной степени. Эта работа предполагает, что, по крайней мере, при определенных обстоятельствах, это не так».
Вывод ученых возник в результате тщательных расчетов количества массы там до и после столкновения, а также тщательного учета всех возможных путей ее распределения. По словам Ингаллса, вычисление количества земной коры «до» является спорной проблемой, связанной с тщательным определением возраста пластов и реконструкцией прошлых положений плит. Предыдущие исследователи делали аналогичные расчеты, но часто пытались сбалансировать цифры «до» и «после», «пытаясь привести систему в соответствие с тем, что, как мы думаем, мы уже знаем о том, как работает тектоника».
Ингаллс и его сотрудники не делали таких предположений. Они использовали недавно пересмотренные оценки движения плит, чтобы выяснить, насколько большими были две плиты в начале столкновения, и синтезировали данные о геологии различных регионов Земли за более чем 20 лет, чтобы рассчитать, насколько толстой была кора..
«Рассмотрев все соответствующие наборы данных, мы смогли сказать, какой была масса земной коры в начале столкновения», - сказал Роули.
Ограниченные возможности
Существовало всего несколько мест, куда смещенная кора могла уйти после столкновения: часть была выброшена вверх, образуя Гималаи, часть подверглась эрозии и отложилась в виде огромных осадочных отложений в океанах, а часть была выдавлена в стороны сталкивающихся плит, образующих Юго-Восточную Азию.
«Но принимая во внимание все эти различные типы потери массы, мы по-прежнему обнаруживаем, что половина континентальной коры, участвовавшая в этом столкновении, сегодня отсутствует», - сказал Ингаллс. «Если мы учли все возможные растворы на поверхности, это означает, что оставшаяся масса должна быть полностью переработана в мантию».
Если большие участки континентальной коры перерабатываются обратно в мантию, ученые, наконец, могут объяснить некоторые ранее загадочные геохимические процессы. Элементы, включая свинец и уран, периодически извергаются из мантии в результате вулканической активности. Таких элементов относительно много в континентальной коре, но мало в мантии. Тем не менее, состав некоторых мантийных пород указывает на то, что они были загрязнены континентальной корой. Так как же континентальный материал снова смешался с мантией?
"Смысл нашей работы в том, что, если мы рассматриваем систему столкновений между Индией и Азией как непрерывный процесс на протяжении всей истории Земли, происходит непрерывное смешивание элементов континентальной коры обратно в мантию", - сказал Роули. «И затем их можно повторно извлечь и увидеть в некоторых из тех вулканических материалов, которые выходят сегодня из мантии».