Далеко под розовыми песчаными пляжами Бермудских островов и бирюзовыми приливами ученые-геологи обнаружили первое прямое доказательство того, что материал из глубины переходной зоны мантии Земли - слой, богатый водой, кристаллами и расплавленной породой - может просачиваться на поверхность, образуя вулканы.
Ученым давно известно, что вулканы образуются, когда тектонические плиты (движущиеся поверх мантии Земли) сходятся, или в результате мантийных шлейфов, которые поднимаются от границы между ядром и мантией, образуя горячие точки в земной коре. Но получение доказательств того, что материал, исходящий из переходной зоны мантии - на глубине от 250 до 400 миль (440-660 км) под корой нашей планеты - может вызывать образование вулканов, является новым для геологов.
«Мы нашли новый способ образования вулканов. Это первый раз, когда мы обнаружили в переходной зоне глубоко в земной мантии четкое указание на то, что вулканы могут образовываться таким образом», - сказал старший автор Эстебан Газель, доцент. на факультете наук о Земле и атмосфере Корнельского университета. Исследование, опубликованное в журнале Nature.
«Мы ожидали, что наши данные покажут, что вулкан представляет собой образование мантийного плюма - подъем из более глубокой мантии - точно так же, как это происходит на Гавайях», - сказал Газель. Но 30 миллионов лет назад возмущение в переходной зоне вызвало подъем магматического материала на поверхность, сформировав ныне спящий вулкан под Атлантическим океаном, а затем образовав Бермудские острова..
Используя образец керна длиной 2 600 футов (более 700 метров), пробуренный в 1972 году и хранящийся в Университете Далхаузи, Новая Шотландия, соавтор Сара Мацца из Мюнстерского университета в Германии оценила пересечение - раздел для изотопов, микроэлементов, доказательств содержания воды и других летучих материалов. Оценка предоставила геологическую вулканическую историю Бермудских островов.
«Сначала я подозревал, что вулканическое прошлое Бермудских островов было особенным, когда я взял пробу керна и заметил разнообразные текстуры и минералогию, сохранившиеся в различных потоках лавы», - сказал Мацца. «Мы быстро подтвердили чрезвычайное обогащение составов микроэлементов. Было очень интересно просмотреть наши первые результаты… тайны Бермудских островов начали раскрываться».
Из образцов керна группа обнаружила геохимические признаки переходной зоны, которые включали большее количество воды, заключенной в кристаллах, чем были обнаружены в зонах субдукции. Вода в зонах субдукции возвращается на поверхность Земли. По словам Газеля, в переходной зоне достаточно воды, чтобы сформировать как минимум три океана, но именно вода помогает горным породам плавиться в переходной зоне.
Геофизики разработали численные модели с Робертом Муча, адъюнкт-профессором наук о Земле в Сиракузском университете, чтобы обнаружить возмущение в переходной зоне, которое, вероятно, вынудило материал из этого глубокого слоя мантии расплавиться и просочиться на поверхность, сказал Газель..
Несмотря на более чем 50 лет изотопных измерений в океанической лаве, пекулярные и экстремальные изотопы, измеренные в лавовом ядре Бермудских островов, ранее не наблюдались. Тем не менее, эти экстремальные изотопные составы позволили ученым определить уникальный источник лавы.
«Если мы начнем искать более внимательно, я думаю, мы найдем эти геохимические признаки в большем количестве мест», - сказал соавтор Майкл Бизимис, доцент Университета Южной Каролины.
Газель объяснила, что это исследование обеспечивает новую связь между слоем переходной зоны и вулканами на поверхности Земли. «С помощью этой работы мы можем продемонстрировать, что переходная зона Земли является экстремальным химическим резервуаром», - сказал Газель. «Мы только сейчас начинаем осознавать его важность с точки зрения глобальной геодинамики и даже вулканизма».
Саид Газель: «Наш следующий шаг - исследовать больше мест, чтобы определить разницу между геологическими процессами, которые могут привести к внутриплитным вулканам, и определить роль переходной зоны мантии в эволюции нашей планеты».
Помимо Газеля, Маззы, Бизимиса и Мухи, соавторами работы «Выборка богатой летучими веществами переходной зоны под Бермудскими островами» являются Поль Бегелин, Университет Южной Каролины; Элизабет А. Джонсон, Университет Джеймса Мэдисона; Райан Дж. Макалир, Геологическая служба США; и Александр В. Соболев, Российская академия наук.
Национальный научный фонд предоставил финансирование для этого исследования.