Почему окраины континентов опускаются быстрее, чем ожидалось? Процесс, ускоряющий остывание земной коры
Циркуляция воды через пористые базальтовые породы привела к ускоренному отводу тепла из недр Земли, остыванию коры и оседанию морского дна, на котором накопились слои осадков толщиной около 8 км. Этот процесс меняет понимание развития окраин континентов, оценку ресурсов нефти и газа в океанических бассейнах и реконструкцию изменений уровня моря в прошлом.
Земная кора у побережья восточной части США, в промежутке между американским континентом и Атлантическим океаном, остывала со скоростью до 1,6 раза выше, чем предполагают принятые геологические модели. Это открытие было сделано в ходе исследования, проведенного в Хайфском университете и опубликованного в журнале Communications Earth & Environment.
Авторы исследования обнаружили, что вследствие ускоренного остывания породы стали плотнее, регион осел быстрее, и образовалось место для накопления толстых слоев осадков. «Это открытие меняет то, как мы понимаем развитие окраин континентов. Если кора остывает быстрее, чем мы полагали, то и оседание морского дна, и накопление слоев осадков над ним происходят быстрее», — заявил доктор Гай Ланг из Школы морских наук имени Леона Чарни при Хайфском университете и Геологической службы Израиля, один из авторов исследования. «Поэтому процессы, которые мы годами приписывали только пассивному остыванию, теперь требуют дополнительного объяснения».
Когда континенты раскалываются и отдаляются друг от друга, земная кора растягивается и становится тоньше. По мере продвижения процесса горячий магматический материал поднимается из недр Земли и остывает, формируя новую океаническую кору. В промежутке между континентами и новым океаном остаются обширные области, называемые «пассивными окраинами континентов». Со временем эти области остывают посредством теплопроводности вверх. Остывание ведет к повышению плотности коры, ее оседанию и покрытию толстыми слоями осадков. Толщина слоев осадков диктуется скоростью остывания коры: чем быстрее остывание, тем более толстые слои осядут за более короткое время.
Примерно в половине этих областей из недр Земли во время раскола континентов поднялись огромные количества расплавленной породы (магмы). Часть этой расплавленной породы проникла в кору, а часть изверглась и покрыла ее толстыми слоями, состоящими из базальта. По этой причине такие области называют «окраинами континентов, богатыми магмой». На протяжении десятилетий геологические модели с трудом объясняли, почему эти области оседали с гораздо большей скоростью и почему над ними накопились слои осадков, гораздо более толстые, чем ожидалось согласно моделям, предполагающим пассивную теплопроводность.
В текущем исследовании доктор Ланг, профессор Ицик Маковский и профессор Ури Тен Бринк с факультета геоморских наук имени доктора Моше Штрауса при Хайфском университете, Геологической службы Израиля и Геологической службы США стремились проверить, какие процессы могут объяснить быстрое оседание обширной области, находящейся у атлантического побережья США. Эта область считается ярким примером окраины континента, богатой магмой.
Для этого исследователи разработали новую математическую модель, призванную реконструировать то, как окраины континента остывали и оседали после раскола континентов. Модель объединила три ключевых процесса: растяжение земной коры и слоев под ней, добавление вулканических пород в кору и изменения в скорости теплопередачи через породы. Прогнозы модели исследователи сравнили с подземными данными из области исследования, которые основывались на сейсмических измерениях и позволили оценить толщину коры и толщину слоев осадков, накопившихся над ней в течение первых 26 миллионов лет после раскола континента.
Чтобы проверить устойчивость результатов, исследователи выполнили 30 000 повторных подгонок модели к различным выборкам из базы данных, а затем сравнили ее прогнозы также с историей оседания, реконструированной по глубокой исследовательской скважине в этом районе. Результаты исследования показывают, что в течение первых 26 миллионов лет после раскола континента в области исследования накопились осадки толщиной до 8 км, в то время как принятые геологические модели предсказывали максимальное накопление около 3 км. Даже после того, как исследователи приняли во внимание неравномерное растяжение коры и вулканические породы, добавленные в нее, модели все еще не могли объяснить полное оседание. Только когда в модель была включена более высокая скорость остывания, она смогла согласоваться с измеренными данными.
Исследователи полагают, что ускоренное остывание стало возможным благодаря воде, которая текла через пористые базальтовые породы, нагревалась на глубине и выносила тепло вверх. Чем быстрее отводилось тепло, тем плотнее становилась кора и тем быстрее оседал регион. Подобные процессы наблюдаются сегодня в Исландии и Восточной Африке.
«Способность более точно реконструировать скорость остывания и оседания окраин континентов важна гораздо больше, чем просто для понимания развития исследованного региона. Она может изменить то, как мы интерпретируем толщину слоев осадков, реконструируем изменения уровня моря в прошлом и оцениваем термическую историю бассейнов, в которых развивались нефтяные и газовые системы», — заключили исследователи.
