Составляя карту тепла, выходящего из-под Гренландского ледяного щита, ученый НАСА углубил наше понимание динамики, которая доминирует и формирует планеты земной группы.
Доктор. Ясмина М. Мартос, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, изучила общедоступную информацию о магнитном поле, гравитации и другую геологическую информацию, чтобы получить представление о количестве и распределении тепла под той частью североамериканского континента, которая является Гренландией..
Полученная ею тепловая карта выявила тепловой след под Гренландией, который фиксирует движение континента в истории Земли.
Гренландия, как полагают, медленно перемещалась над мантийным плюмом, источником сильного тепла, который оставил диагональный шрам теплой, плотной породы под поверхностью, когда тектоническая плита сместилась. Гренландия переместилась из более южных широт в сторону Арктики за 100 миллионов лет, в период, когда суперконтинент Пангея распадался на дрейфующие сегодня континенты. В конце концов считается, что шлейф образовал Исландию над поверхностью океана в результате бесчисленных вулканических извержений - видимый след существования шлейфа, в отличие от скрытого шрама Гренландии.
«Я не думаю, что есть какое-либо другое место на Земле, где история плюма была бы зафиксирована частью континента, который не был затронут им на поверхности», - сказал Мартос. «Но он там, поэтому мы можем использовать тепловое тепло, чтобы понять историю региона».
Отслеживание этой геодинамики планет помогает ученым понять их эволюцию. Но, что более важно, тепловая информация подпитывает модели изменения уровня моря на Земле, помогая ученым предсказывать поведение льда. Это особенно важно для поверхности земли, которая, в случае Гренландии, погребена под километрами льда и поэтому до нее трудно добраться. Более 80 процентов территории Гренландии покрыты льдом.
Там, где жара, может быть шлейф
В статье Geophysical Research Letters от 1 августа Мартос и ее команда нанесли на карту геотермальный тепловой поток или скорость утечки тепла в Гренландии. Их модели, как ни странно, показали региональные различия, а также путь тепла по своеобразному маршруту с северо-запада на юго-восток острова.
"Мы ожидаем, что Гренландия будет иметь более равномерный сигнал геотермального теплового потока в ее недрах, но это не так", - сказал Мартос, ведущий автор статьи.
Среди других авторов Том А. Джордан и Дэвид Г. Воан из Британской антарктической службы; Мануэль Каталан из Королевского института и обсерватории ВМС Испании; Томас М. Джордан из Стэнфордского и Бристольского университетов, а также Джонатан Л. Бамбер, тоже из Бристольского университета.
Команда предполагает, что шрам образовался в результате того, что тектоническая плита, включающая Гренландию, перемещалась на протяжении тысячелетий над мантийным плюмом, активным под литосферой. Литосфера - это внешний слой Земли; она включает земную кору и верхнюю часть мантии. Этот шлейф представляет собой канал горячей породы, который начинается на сотни километров ниже поверхности. Она поднимается сквозь мантию и достигает дна литосферы. Затем тепло переносится через литосферу и изменяет ее химический состав, что приводит к утолщению земной коры.
Поскольку северо-западная область Гренландии отошла от шлейфа раньше, в моделях Мартоса она кажется значительно более прохладной, чем юго-восточная. Хотя южный регион медленно остывает.
"Приятно то, что сейчас там регистрируется тепло, но, вероятно, через сто миллионов лет мы этого больше не увидим", - сказал Мартос.
Подобный шлейф образовался на Гавайских островах и в настоящее время подпитывает извержения вулкана Калуэа. Гавайская цепь островов и подводных гор, которые образовались, когда Тихоокеанская плита переместилась по шлейфу посреди Тихого океана, является видимым представлением того типа шрама, который Мартос обнаружил под Гренландией.
Тепло под поверхностью Земли
Плюмы являются одним из нескольких геотермальных явлений переноса тепла на Земле; их количество неизвестно, но ученые считают, что их может быть до 20. В противном случае внутренняя планета равномерно нагревается за счет распада радиоактивных элементов в верхних слоях Земли. Также есть первозданное тепло, оставшееся от образования нашей планеты 4,5 миллиарда лет назад и от метеоритов, которые ее обрушили. Команда рассмотрела эти источники тепла, сказал Мартос, но исключила их роль в образовании шрама, потому что они сформировали бы однородный тепловой узор по всей Гренландии..
Другим фактором, который может повысить температуру в определенном месте, является тектоническая активность. Эта деятельность включает в себя рифтогенез, или раскол континентальных плит, который создает пространство для выхода более теплой мантии на поверхность, а также вулканические извержения. Но эти явления также не согласуются с выводами команды, сказал Мартос, учитывая, что Гренландия - это кратон или древний кусок континента, где не было зафиксировано никаких крупных тектонических событий.
Измерение тепла без прикосновения к поверхности
Поскольку Гренландия покрыта ледяным щитом толщиной до 1,8 миль (3 километра) в центре, получить физические образцы с земли подо льдом почти так же сложно, как получить их с Луны. Данные дистанционного зондирования предлагают практически единственное окно в динамику недр Гренландии.
Команда Мартоса решила изучить информацию о магнитном поле, собранную магнитометрами - приборами, установленными на самолетах, которые измеряют силу магнитного поля Земли. Данные выявили аномалии в магнетизме горных пород под Гренландией.
Магнетизм связан с температурой, поэтому горные породы, нагретые до определенных температур, теряют свой магнетизм. Обычно это происходит глубоко внутри Земли. Поскольку магнетит является наиболее распространенным магнитным минералом в нижней части земной коры, исследователи изучали исключительно этот минерал. Магнетит теряет свои ферромагнитные свойства, или магнетизм, при нагревании до 1076 градусов по Фаренгейту (580 градусов по Цельсию), точки, известной как температура Кюри. Учет влияния этой температуры на магнетит позволил команде найти основу магнетизма в коре Гренландии. Оттуда они наблюдали изменения глубины температуры Кюри для магнетита, чтобы составить карту тепла, выделяемого по всему острову.
Вдоль пути шлейфа команда обнаружила, что температура Кюри возникает ближе к поверхности. Это свидетельствовало о том, что плюм нагрел дно литосферы и что тепло все еще там.
Команда также использовала гравитационные данные для моделирования особенностей литосферы и подтверждения влияния шлейфа на толщину земной коры.
В центральной части острова группа оценила значения геотермального теплового потока примерно от 60 до 70 милливатт на квадратный метр, что на 50 процентов выше, чем в частях острова, не пострадавших от шлейфа. Это крошечная сумма; 100-ваттная лампочка, для сравнения, генерирует на три порядка - или в 1000 раз - больше тепла.
Тем не менее, по словам Мартоса и ее соавторов, обнаруженное ими тепло может растопить лед у основания Гренландского ледяного щита. Однако это не способствует ускоренному таянию ледников Гренландии. Поскольку геотермальное тепло уменьшается в течение таких огромных периодов времени - десятков миллионов лет - вероятно, не было никаких изменений в потоке тепла с тех пор, как лед полностью сформировался в Гренландии около 3 миллионов лет назад..
Инструменты моделирования Martos помогут ученым лучше понять влияние подповерхностного тепла на такие вещи, как таяние или разрушение основания ледяных щитов и ледников на Земле. Это также поможет им изучить отдаленные места на Земле и другие скалистые тела в нашей Солнечной системе.
Мартос начала это исследование, когда она была научным сотрудником Европейского Союза Марии Кюри в Британской антарктической службе.