Гравитационные аномалии Австралии: как литосферные странности формируют континент?

Австралийский континент, несмотря на кажущуюся однородность бескрайних пустынных просторов, являет собой удивительный парадокс. С одной стороны, это самый плоский и тектонически стабильный континент на Земле, где процессы горообразования и вулканизма остались в далеком прошлом. С другой стороны, Австралия лидирует по скорости движения среди всех континентальных плит, неумолимо дрейфуя к северу. Этот, казалось бы, противоречивый дуализм создает уникальные условия для формирования рельефа, где замедленная эрозия, обусловленная аридным климатом, сочетается с динамикой, продиктованной движением литосферных плит и глубинными процессами в земной коре.

Особенно ярко это проявляется в центральной части континента, где расположился огромный бассейн озера Эйр, окруженный цепочкой небольших замкнутых котловин. Образование этих котловин в условиях тектонического покоя и экстремально низкой скорости эрозии, которая, по данным исследований, составляет всего 5 +- 2 метра за миллион лет, представляет собой настоящую загадку для геоморфологов. Ведь, согласно существующим моделям, такие депрессии рельефа должны были давно заполниться осадками, сформировав ровные поверхности. Однако, вместо этого, мы наблюдаем выраженные впадины, что свидетельствует о неких скрытых силах, препятствующих заполнению котловин.

Разгадка этой загадки, по всей видимости, кроется в гравитационном поле. Центральная Австралия характеризуется наличием аномалий силы тяжести, некоторым из которых нет аналогов в мире. Эти аномалии, достигающие -160 мГал, являются следствием давних тектонических событий, происходивших в палеозое, — горообразовательных процессов в хребтах Петерманн и Алис-Спрингс. В результате этих процессов образовались структуры с различной плотностью, что и обусловило возникновение гравитационных аномалий.

Именно эти аномалии, как предполагают ученые, играют ключевую роль в формировании рельефа центральной Австралии. Они воздействуют на литосферу, изменяя ее эффективную упругую толщину (Te) — параметр, который характеризует жесткость земной коры. Колебания Te, вызванные гравитационными аномалиями, приводят к медленным вертикальным движениям земной поверхности, вызывая поднятие или опускание отдельных участков.

Для проверки этой гипотезы Грегори Рютеник и его коллеги из Института геофизики Чешской академии наук и Университета Мельбурна провели серию численного моделирования, используя модель эволюции ландшафта, учитывающую транспортно-ограниченную эрозию, седиментацию и изменение Te. В модель были включены крупные гравитационные аномалии и заданы циклические изменения Te в пределах 10%.

Результаты моделирования показали, что даже небольшие колебания Te, в сочетании с крупными литосферными нагрузками, способны генерировать значительные изменения рельефа, сопоставимые с теми, что наблюдаются в центральной Австралии. В частности, моделирование воспроизвело образование замкнутых котловин и изменение направления течения рек, которые стремились занять положение, перпендикулярное первоначальному.

Интересно, что в ходе моделирования не было зафиксировано значительных изменений крутизны продольных профилей рек, что могло бы свидетельствовать о поднятии рельефа. Это может быть связано с тем, что изменения рельефа, вызванные колебаниями Te, происходят очень медленно и не успевают отразиться в крутизне речных русел. Таким образом, реки центральной Австралии, по всей видимости, находятся в состоянии квазиравновесия с медленно изменяющимся рельефом.

Одним из важных результатов исследования стало подтверждение гипотезы о низкой эффективной упругой толщине литосферы в центральной Австралии. Традиционно считалось, что континентальные интерьеры характеризуются высокой Te, достигающей 100 км. Однако, моделирование показало, что для воспроизведения наблюдаемого рельефа необходимо задать значительно меньшее значение Te — в пределах 10-30 км. Это согласуется с результатами недавних исследований, которые также указывают на низкую Te в этом регионе.

Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на тектоническую историю Австралии. Возможно, низкая Te является следствием древних тектонических событий, которые привели к ослаблению литосферы. В то же время, низкая Te может делать литосферу более чувствительной к современным тектоническим напряжениям, связанным с движением Австралийской плиты.

Авторы исследования отмечают, что колебания Te, вызванные гравитационными аномалиями, могут быть одним из важных факторов, определяющих эволюцию дренажных систем в континентальных интерьерах. В частности, они могут приводить к перехвату рек, образованию бессточных областей и изменению направления стока. Этот механизм может объяснить фрагментацию дренажной сети в центральной Австралии, которая наблюдается в настоящее время.

Таким образом, исследование Рютеника и его коллег вносит важный вклад в понимание процессов формирования рельефа в континентальных интерьерах. Оно показывает, что гравитационные аномалии, в сочетании с изменениями жесткости литосферы, могут играть ключевую роль в эволюции ландшафтов. Эти результаты открывают новые перспективы для изучения взаимодействия глубинных и поверхностных процессов, формирующих облик нашей планеты, и позволяют по-новому взглянуть на тектоническую историю континентов.

В будущем было бы интересно провести аналогичные исследования в других регионах мира с аналогичными условиями — плоским рельефом, низкой скоростью эрозии и наличием крупных гравитационных аномалий. Это позволит проверить универсальность выявленных закономерностей и получить более полное представление о роли гравитационных аномалий в формировании рельефа континентов.