В районах, где в течение последних 400 миллионов лет происходило значительное погружение воды с поверхности Земли, геологи зафиксировали повышенную интенсивность внутриплитных вулканических извержений.
Материал с поверхности планеты периодически погружается вглубь под воздействием движения тектонических плит. После этого он снова поднимается наверх, в том числе и в результате вулканических извержений. Однако точные механизмы и скорость этих процессов изучены недостаточно хорошо.
Норвежские ученые попытались разобраться в ряде этих вопросов, создав модель, имитирующую движение тектонических плит и верхних слоев земной мантии. Их исследование было опубликовано в виде статьи опубликовали в Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
На расстоянии от семи километров (под океанами) до 70 километров (под континентами) заканчивается земная кора и начинается мантия. Вещество в мантии находится под значительным давлением и характеризуется высокой температурой. Состав верхней мантии отличается от состава нижней, что было определено по изменению скорости распространения сейсмических волн, проходящих через эти слои. Эти два слоя мантии разделены переходной зоной, которую называют слоем Голицына, лежащим между 410 и 670 километрами.
В XXI веке российские и другие ученые выявили, что в слое Голицына содержится значительное количество минералов, содержащих воду. Несмотря на то, что в этом слое не может быть чистого океана из-за высоких температур, его объем воды во много раз превышает объем воды в поверхностных океанах, благодаря его значительной толщине. Предполагается, что вода проникает в этот слой вместе с фрагментами земной коры, которые погружаются вниз в процессе субдукции – явления, при котором одна литосферная плита подвигается под другую, а затем края этой плиты погружаются в мантию.
В новом научном исследовании авторы сопоставили карту погружения участков земной коры в мантию за последние 400 миллионов лет с картой внутриплитного вулканизма. В результате было установлено, что между этими процессами существует четкая взаимосвязь.
Землетрясения и извержения вулканов высокой интенсивности чаще всего связаны с границами литосферных плит. Однако существуют исключения, такие как вулканы Канарских островов, Гавайев и Таити, которые не располагаются на стыках плит, но время от времени демонстрируют мощные извержения. Такие явления классифицируются как внутриплитный вулканизм, к которому также относится извержение Йеллоустонского супервулкана, произошедшее 0,6 миллиона лет назад.
Анализ карт показал, что крупные блоки земной коры, быстро погружавшиеся в слой Голицына (со скоростью, превышающей 10 километров в миллион лет), впоследствии характеризовались более частым внутриплитным вулканизмом. Период между погружением блока в слой Голицына и извержениями над ним варьировался от 10 до 30 миллионов лет. Более того, от 42 до 68% событий внутриплитного вулканизма за последние 200 миллионов лет были связаны с зонами мантии, насыщенными водой.
Погружение блоков, содержащих химически связанную воду, в мантию происходило наиболее интенсивно в юрском периоде. С мелового периода континенты начали сталкиваться с областями, где на глубине 410-670 километров располагались богатые водой слои мантии. Однако существовали и такие зоны, где содержание воды в мантии было незначительным, поскольку в эти области длительное время не погружались фрагменты земной коры.
К этой группе регионов относят Южную Африку, Западную Европу и северную часть Тихого океана. Наибольшая концентрация «мокрой» мантии наблюдалась под западом Северной Америки, Восточной Австралией и Восточной Азией. В этих районах внутриплитный вулканизм был активен на протяжении последних 200 миллионов лет.
Исследователи продолжают поиск точных механизмов, посредством которых вода, содержащаяся в мантии, вызывает извержения в континентальной коре. Однако уже известно, что при воздействии высоких температур некоторые минералы, включающие воду, способны выделять ее. Высвобожденный перегретый водяной пар может подниматься, вызывая землетрясения и извержения.
Согласно исследованиям, проведенным норвежскими учеными, содержание воды в слое Голицына распределено крайне неравномерно. Это указывает на то, что различия в силе внутриплитного механизма в различных регионах обусловлены различиями в объеме воды, поддерживающей его.