Горный массив общей протяженностью 65 000 километров пролегает через все океаны. Он отмечает границы тектонических плит. Через щель между плитами материал из недр Земли выходит наружу, образуя новое морское дно, наращивая подводные горы и раздвигая плиты. Очень часто эти срединно-океанические хребты описывают как огромный вытянутый вулкан. Но это представление верно лишь отчасти, потому что материал, образующий новое морское дно, не всегда является магматическим. В некоторых центрах спрединга материал из мантии Земли достигает поверхности, не расплавляясь. Доля образовавшегося морского дна ранее была неизвестна.
Ученые из университетов Киля (Германия), Остина (Техас, США) и Дарема (Великобритания) опубликовали в международном журнале Nature Geoscience данные, которые впервые позволяют детально оценить, как большая часть морского дна образована мантийным материалом без магматических процессов. «Это явление происходит особенно там, где морское дно расширяется со скоростью менее двух сантиметров в год», - объясняет ведущий автор исследования профессор д-р Инго Гревемейер из Центра исследований океана им. Гельмгольца GEOMAR в Киле.
Одна из этих зон расположена в Каймановой впадине к югу от острова Большой Кайман в Карибском море. В 2015 году исследователи использовали немецкое исследовательское судно METEOR для сейсмических исследований морского дна, то есть с помощью звуковых волн. Звуковые сигналы, проходящие через разные породы или слои отложений, по-разному отражаются и преломляются каждым слоем. Горная порода, расплавившаяся и затвердевшая на морском дне, имеет в сейсмическом сигнале иную сигнатуру, чем горная порода из мантии Земли, которая не расплавилась.
Но до сих пор у ученых была проблема: контакт с морской водой изменяет породы мантии. «После этого процесса, называемого серпентинизацией, мантийные породы едва отличимы от магматических пород по сейсмическим данным», - говорит профессор Гревемейер. До сих пор мантийные породы на морском дне можно было обнаружить только путем взятия проб непосредственно с морского дна и их анализа в лаборатории. «Но таким образом вы получаете информацию только о крошечном пятне. Нельзя получить крупномасштабную или даже подробную информацию о составе морского дна», - говорит Гревемейер.
Однако во время экспедиции 2015 года команда не только использовала энергию обычных звуковых волн, но и обнаружила так называемые поперечные волны, возникающие только в твердых материалах. Их можно было записать очень четко благодаря умному выбору точек измерения.
По соотношению скоростей обоих типов волн ученые смогли отличить мантийный материал от магматического материала. «Таким образом, мы смогли впервые с помощью сейсмических методов доказать, что до 25 процентов молодого дна океана не являются магматическими в центре сверхмедленного спрединга в Каймановом желобе», - говорит Инго Гревемейер.
Поскольку подобные центры спрединга есть и в других регионах, таких как Северный Ледовитый или Индийский океан, эти результаты имеют большое значение для общего представления о глобальном составе морского дна. «Это актуально, если мы хотим создать глобальные модели взаимодействия между морским дном и морской водой или процессов тектоники плит», - резюмирует профессор Гревемейер.