Ученые, анализирующие извержение вулкана на срединно-океаническом хребте под Тихим океаном, пришли к несколько противоположному объяснению того, что его вызвало. Многие ученые говорят, что подводный вулканизм вызывается главным образом восходящей магмой, которая достигает критического давления и проталкивается вверх. В новом исследовании говорится, что доминирующей силой, по крайней мере в этом случае, было само морское дно - в основном, оно разорвало себя, позволив лаве вылиться наружу. Извержение произошло на Восточно-Тихоокеанском возвышении, примерно в 700 милях от Мексики.
«Срединно-океанические хребты обычно рассматриваются как вулканы на морском дне, действующие как вулканы на суше», - сказал ведущий автор исследования Йен Джо Тан, аспирант Земной обсерватории Ламонт-Доэрти Колумбийского университета. «Мы говорим, что на самом деле их следует рассматривать как разрывы в земной коре, откуда вытекает магма». Исследование опубликовано в журнале Nature на этой неделе.
Срединно-океанические хребты представляют собой горные цепи, которые непрерывно тянутся более чем на 40 000 миль вдоль морского дна планеты, как стежки на бейсбольном мяче. Из своих центров они изливают лаву. Это толкает морское дно в противоположных направлениях от хребтов к континентам. Во многих случаях передняя кромка морского дна затем погружается под землю или погружается обратно в недра земли. Этот процесс - основной механизм тектоники плит - был определен в 1960-х и 1970-х годах. С тех пор ученые спорят, что именно вызывает извержения горных хребтов.
Многие говорят, что давление магмы является главным фактором, но, возможно, не единственным. Хребет также может быть разорван тем, что специалисты называют «притяжением плит» - силой, возникающей, когда дальний край морского дна погружается под континент, медленно увлекая за собой все остальное. Стресс может также развиться из-за того, что извержения образуют симметричные цепи гор по обе стороны от оси хребта, поскольку лава стекает по сторонам. Это может ослабить центр из-за силы гравитации, что-то вроде того, что происходит, когда вы разрезаете хот-дог вдоль, и две стороны распадаются.
В попытке определить относительную роль магмы и стресса, Тан и его соавторы проанализировали извержение, которое, как считается, произошло в 2005-2006 годах на хорошо изученном участке Восточно-Тихоокеанского поднятия. Группа исследователей ранее оставила на месте подводные микрофоны и донные сейсмометры, которые зафиксировали извержение. Позже они получили звуковые и сейсмические данные и нанесли на карту свежую лаву с помощью подводных камер. Они также собрали образцы лавы, и более поздний анализ показал, что извержение произошло в течение семи-десяти месяцев.
Авторы новой статьи еще раз взглянули на извержение 2015 года на неподключенном исследовательском участке на Осевой подводной горе у побережья Орегона. В отличие от более раннего извержения Восточно-Тихоокеанского поднятия, это извержение изучалось в режиме реального времени с помощью набора инструментов. Среди полученных данных были записи сильных хлопков, связанных с выходом лавы на морское дно - возможно, в результате взрыва газовых пузырей или взрывов затвердевающей лавы.
В свете наблюдений Осевой подводной горы исследователи рассмотрели данные Восточно-Тихоокеанского поднятия за 2005-2006 годы и пришли к новой более четкой картине. Их повторный анализ показал, что большая часть извержений произошла быстро, а не в течение нескольких месяцев. Другие исследователи уже идентифицировали серию обычных землетрясений силой около 2 баллов 22 января 2006 г., которые обычно связаны с разрывом границы скалы на 35-километровом сегменте хребта. Примерно через 15 минут сейсмометры начали регистрировать кластеры низкочастотных землетрясений, которые обычно связаны с подъемом магмы. Еще через час или два появились хлопающие звуки, похожие на те, что были слышны на Осевой подводной горе, в четырех отдельных областях вдоль сегмента, каждая на участке длиной около 5 километров.
Команда определила местонахождение звуков, и когда они наложили их на более раннюю карту свежей лавы, они совпали. Их интерпретация: первая серия землетрясений сигнализировала о разрыве разлома, покрывающего магму, практически без помощи давления магмы. Затем, когда путь теперь был свободен, магма поднялась. Давление магмы, вероятно, не было первоначальным триггером для извержений, говорят авторы, потому что они произошли одновременно из четырех разных мест вдоль очевидного разлома.
«Это был своего рода вопрос о курице и яйце», - сказала соавтор Майя Толстой, морской геофизик из Ламонт-Доэрти. «У вас есть эти две разные силы [магма против тектоники], которые могут сыграть роль, и трудно сказать, какая из них вызывает извержение. одновременное извержение нескольких магматических очагов."
Авторы говорят, что, по их наблюдениям, около 85 процентов лавы излилось в течение двух дней, а остатки вытекли в течение недели. В результате извержений образовалось около 22 миллионов кубометров морского дна - этого достаточно, чтобы покрыть 13 футбольных полей глубиной 1000 футов.
Синтия Эбингер, профессор Университета Рочестера, изучающая извержения в местах распространения как на суше, так и под океаном, сказала в электронном письме, что очень немногие извержения на морском дне наблюдались столь непосредственно. Исследование «добавляет новый фактор для рассмотрения», сказала она. «Это показывает, что тектонические напряжения могут вызвать крупномасштабные вторжения и извержения», чтобы создать новое морское дно.
Майкл Перфит, профессор Университета Флориды, который также изучает подводные извержения, сказал, что исследование «рассказывает замечательную историю». Но, по его словам, авторы, возможно, преувеличили относительную роль тектонического напряжения по сравнению с давлением магмы.«Я думаю, что на самом деле должно быть и то, и другое», - сказал он. Он процитировал геохимическое исследование 2014 года, в соавторстве с которым он предположил, что магма пополнялась новым материалом снизу примерно за 6 недель до извержения. Это говорит о том, что давление могло сыграть более существенную роль, сказал он.
Эбингер сказал, что по-прежнему возможно, что либо давление магмы, либо тектонические силы могут быть «соломинкой, которая сломает хребет верблюду» при любом конкретном извержении.
Документ также был написан в соавторстве сейсмологом Феликсом Вальдхаузером из Ламонт-Доэрти и морским геофизиком Уильямом Уилкоком из Вашингтонского университета. Исследование было поддержано Национальным научным фондом США.