Ученые обнаружили новый механизм формирования гор: «мантийные волны» в действии

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Драконовы горы, величественно возвышающиеся над просторами Лесото, издавна манили исследователей своей суровой красотой и таинственным происхождением. Их отвесные склоны, именуемые эскарпами, простираются на километры, формируя ландшафт, который противоречит общепринятым представлениям о геологических процессах. Ведь эти горы возникли вдали от бурных зон столкновения тектонических плит, традиционно считающихся колыбелью горных массивов.

В поисках ответа на эту загадку, группа ученых погрузилась в исследование глубинных процессов, протекающих в недрах нашей планеты. Результатом многолетних изысканий стала теория, опубликованная в журнале Nature, которая переворачивает наши представления о формировании континентальных ландшафтов. В ее основе лежит концепция «мантийных волн» — гигантских, медленно перемещающихся волн в раскаленной, вязкой среде земной мантии.

Мантийные волны, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Представьте себе необъятный подземный океан расплавленной породы, скрытый под твердой земной корой. В этом океане, подобно волнам на поверхности моря, распространяются «мантийные волны», порожденные грандиозными тектоническими событиями, такими как раскол суперконтинентов. Эти волны, невидимые для нас, обладают колоссальной энергией и способны преобразовывать литосферу — твердую оболочку Земли.

Глобальные карты рельефа океана и суши (грид-данные GEBCO) восточного побережья Бразилии (a), юга Африки (b) и Западных Гат (холмы Сахьядри), Индия (c) (местоположение см. на карте-вкладыше). На картах представлено упрощенное изображение уступов, нанесенных на карту с использованием цифровых моделей местности (Methods) и КОБ из GPlates59 (https://www.gplates.org/). d, Топографические профили уступов (линии сечения см. в a-c). e, Карта Большого уступа в Южной Африке (см. b), составленная с использованием данных о высоте НАСА SRTM (конформная коническая проекция Ламберта). f, Коротковолновое инфракрасное спутниковое изображение того же уступа (белые стрелки) с Sentinel Hub. Показан типичный топографический профиль (A-B). Синусоидальность уступов связана с контрастными скоростями отступления каналов по отношению к междуречьям. Масштабная линейка — 5 км. g, Плотность вероятности ближайшего расстояния между уступами и КОБ для регионов (см. a-c). Глобальные средние и медианные толщины (вертикальная серая полоса) составляют 336 и 333 км, соответственно (n = 5288;. Два отчетливых пика для Бразилии отражают две фазы формирования эскарпов (меловую и кайнозойскую). h, Разница в ориентации между эскарпами (θEsc) и КОБ (θCOB), рассчитанная с помощью перпендикуляра к касательной к эскарпу с интервалом 50 км (n = 195). Уступы обычно субпараллельны соседним КОБ. i, Бокс-график толщины литосферы для каждого уступа, точечная выборка из карт, составленных с помощью LITHO1.0 (ссылка 41) (синие квадраты) и LithoRef18 (зеленые квадраты) с интервалом 1,0°, или примерно 111 км (n = 161).
Автор: Gernon, T.M., Hincks, T.K., Brune, S. et al. Coevolution of craton margins and interiors during continental break-up. Nature632, 327-335 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07717-1 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Когда «мантийная волна» достигает корней континента, она вызывает комплекс сложных процессов. Горячая мантийная материя, поднимаясь вверх, вступает в контакт с холодными породами континентальной литосферы. Это приводит к охлаждению и уплотнению мантии, которая начинает «тянуть» за собой нижние слои континентальной коры.

a-g, Последовательная миграция неустойчивостей Рэлея-Тейлора вдоль литосферного киля, вызывающая конвективное удаление ТБЛ (бежевый). Этот процесс, мигрирующий со скоростью 15-20 км Мр-1, приводит в движение «волну» изостатического поднятия и денудации поверхности, которая аналогичным образом мигрирует по кратону со сравнимой скоростью, а в некоторых случаях и медленнее, что отражает замедленное время реакции ландшафта. Пространственные и временные масштабы этого процесса ограничены шириной континента. Начало рифта происходит за 10 млн лет до временного шага, показанного на рисунке a, а разрушение континента и спрединг морского дна — на временных шагах c и d, соответственно. Обратите внимание, что система отсчета выбрана таким образом, что правый континент неподвижен, а левый движется со скоростью 10 мм год-1. Значения, приведенные над каждым изображением с левой стороны, показывают время относительно распада континентов на панели c. В симуляциях рифтово-граничный разлом, или протоуступ, находится в 100-300 км от КОБ.
Автор: Gernon, T.M., Hincks, T.K., Brune, S. et al. Coevolution of craton margins and interiors during continental break-up. Nature632, 327-335 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07717-1 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Потеря значительной части нижних слоев литосферы делает континент более легким, вызывая его медленное, но неуклонное поднятие. В результате на поверхности формируются обширные плато, а на их окраинах — крутые обрывы — эскарпы. Именно так, по мнению ученых, возникли Драконовы горы — свидетельство действия «мантийных волн», прокатившихся под южной частью Африканского континента миллионы лет назад.

Подтверждением этой теории служат данные термохронологических исследований, которые позволяют реконструировать историю температурных изменений в породах. Анализ минералов, извлеченных из недр Южной Африки, показал, что масштабная эрозия в этом регионе произошла в период, соответствующий времени прохождения «мантийной волны».

Кроме того, ученые разработали сложные компьютерные модели, которые позволяют симулировать процессы формирования ландшафта под влиянием «мантийных волн». Результаты моделирования подтверждают способность этих глубинных волн создавать высокогорные плато и эскарпы, подобные Драконовым горам.

Результаты моделирования показывают эволюцию рельефа (а), общей эрозии (б) и скорости эрозии (в) за период 50 млн лет после первоначального формирования эскарпа (методы). Обратите внимание, как эскарп становится зажатым дренажным водоразделом, а широкий очаг эрозии мигрирует внутрь в ответ на динамическое мантийное воздействие, представленное серыми гауссовыми кривыми (масштаб оси †y не показан из-за вариаций максимальной скорости поднятия в разных модельных прогонах, которая зависит от других параметров, а именно ширины волны, скорости, относительной плотности и начального рельефа). d, График функции несоответствия (μ), рассчитанной в предположении оптимальной высоты плато, денудации и конечного положения дренажного водораздела. Отметим, что величина несоответствия < 1 означает, что эти условия выполняются, и белые контуры указывают, где это верно. X" обозначает положение модели (в пространстве параметров), показанной в a-c. Пунктирная линия обозначает максимальный предел допустимых значений для Kf, который позволит плато сохраниться до наших дней.
Автор: Gernon, T.M., Hincks, T.K., Brune, S. et al. Coevolution of craton margins and interiors during continental break-up. Nature632, 327-335 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07717-1 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Открытие «мантийных волн» имеет фундаментальное значение для понимания эволюции континентов и формирования их ландшафтов. Эта новая теория позволяет объяснить происхождение горных массивов, расположенных вдали от активных тектонических зон, и пролить свет на многие геологические загадки.

Более того, исследование «мантийных волн» важно не только для геологии, но и для понимания глобальных процессов, происходящих на нашей планете. Эти глубинные возмущения могут влиять на климат, вызывая интенсивное выветривание пород и изменение химического состава атмосферы. Они также способны влиять на распределение флоры и фауны, стимулируя эволюционные процессы.

Таким образом, изучение «мантийных волн» открывает новую главу в нашем понимании динамики Земли и ее влияния на жизнь на планете. Это напоминает нам о том, что под нашими ногами скрыт сложный и мощный механизм, который продолжает формировать мир вокруг нас, подчеркивая неразрывную связь между глубинными процессами и поверхностными явлениями.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Ученые впервые наблюдали процесс, давший начало сложной жизни на Земле: как контакт двух простых клеток изменил ход эволюции

Один из самых сложных вопросов в современной биологии — это механизм появления эукариотической клетки. Вся жизнь на Земле делится на простые микроорганизмы (бактерии и археи) и...

Архитектура преисподней: как на самом деле устроен источник магмы Йеллоустоунского супервулкана

Традиционно считалось, что под Йеллоустоуном находится мантийный плюм. Согласно этой классической концепции, глубоко в недрах планеты, на границе земного ядра и мантии, зарождается мощный...

Секрет Саграда Фамилия: почему у самого высокого храма мира предел высоты в 172 метра

В прошлой статье я писал про долгострой, и вот совпадение, тоже храм, в Таиланде. Но если Храм Истины это самый масштабный проект целиком из древесины, то Саграда Фамилия уже самый высокий...

Как первоцветы выживают в суровых условиях ранней весны

Ранняя весна в центральной полосе России — время, когда природа только пробуждается от зимнего сна. Еще в низинах лежит снег, а на полянках появляются первые цветы, это кажется настоящим...

Где находится самый старый пароход в России и почему его сохранили

На набережной Енисея в центре Красноярска стоит пароход, который по праву считается одним из самых старых сохранившихся судов России. Грузопассажирский колёсный пароход «Святитель Николай»,...