Исследователи обнаружили "окаменевшие" следы движения мантии под самым древним сохранившимся участком океанической коры Тихого океана. Речь идет об области, известной как Тихий треугольник, которая расположена примерно в 1 000 километрах к востоку от Марианской впадины. Об этом пишет Phys.
Как сейсмические волны помогли заглянуть в прошлое Земли?
Возраст этого участка оценивается в 160–180 миллионов лет. Он сформировался в районе, где когда-то сходились три тектонические плиты. На их стыке существовала система срединно-океанических хребтов, вдоль которых плиты расходились, а из мантии поднималось горячее вещество, формируя новую океаническую кору.
Исследование опубликовано в журнале "Seismological Research Letters". Его авторы считают, что полученные результаты помогают лучше понять, как движение мантии влияет на тектонику плит и формирование и эволюцию земной коры.
Чтобы исследовать древние процессы, ученые анализировали сейсмическую анизотропию. Когда вещество верхней мантии деформируется под воздействием ее движения, кристаллы минералов в ней приобретают определенную ориентацию. Это изменяет способ распространения сейсмических волн через них.
В частности, поперечные сейсмические волны могут разделяться на более быструю и более медленную компоненту. Именно эта разница позволяет исследователям определить направление ориентации минералов и таким образом получить информацию о движении мантии.
Главный вопрос заключается в том, как направление, которое мы наблюдаем в мантии, отражает одновременно деформацию, связанную с современным движением плит, и структуры, унаследованные от долгой истории плиты, – пояснила исследовательница Сеульского национального университета Йон Хи Ким.
По ее словам, полученные результаты показали, что анизотропия под Тихим треугольником меняется в зависимости от места и не может быть объяснена только деформацией, вызванной движением плит.
Что сохранила древнейшая кора Тихого океана?
Для исследования команда использовала данные широкополосных сейсмометров, установленных на дне океана в рамках международного корейско-японского эксперимента Oldest-1. Приборы работали в 2018–2019 годах.
Одной из задач эксперимента было изучение сейсмической анизотропии, а также других характеристик строения и динамики мантии.
Анализ показал сложную картину. Часть направлений анизотропии совпадает с направлениями древнего и современного движения тектонических плит. В то же время другие ориентации не соответствуют тому, что можно было бы предсказать, исходя только из движения плит.
Исследователи ожидали определенной сложности из-за длительной истории региона. За это время менялись направления движения плит, а взаимодействие с горячими точками могло оставить дополнительные следы в породах.
"Мы ожидали определенной сложности, поскольку длительная история региона, в частности изменения движения плит и взаимодействие с горячими точками, могли сохранить или изменить ранние структуры деформации", – отметила Ким.
Таким образом, в верхней части мантии могут одновременно существовать древние следы деформации литосферы и анизотропия, сформированная современным движением вещества. Что происходит вокруг погруженной литосферы?
Особое внимание ученые уделили аномалиям под Тихоокеанской плитой, которые ранее обнаружили с помощью сейсмической томографии. Этот метод позволяет получать своеобразное "КТ-сканирование" недр Земли и выявлять структуры внутри планеты.
Новая работа показала систематическое изменение направления распространения сейсмических волн. Это может свидетельствовать о том, что поток мантийной материи отклоняется вокруг погруженной части древней литосферы. Ранее на ее существование указывали результаты томографических исследований. Теперь сейсмическая анизотропия дала дополнительные подсказки о том, как эта структура может влиять на движение вещества вокруг нее.
Исследователи также обнаружили участки, где четкого сигнала анизотропии нет. Они расположены, в частности, вблизи цепи подводных вулканов Магеллановых гор и древнего тройного стыка тектонических плит. Одним из возможных объяснений может быть локальный подъем горячей материи из глубин мантии, связанный с горячими точками. В то же время ученые подчеркивают, что такая интерпретация не является однозначной.
"Ни одна из этих интерпретаций не является однозначной, но обе дают подсказки о том, как локальная структура мантии может влиять на деформацию", – сказала Ким.
Новые данные должны показать, что происходит в районе Марианской впадины
Исследователи уже продолжают работу над следующим этапом проекта. Они анализируют данные сейсмической анизотропии, полученные с помощью массива океанских сейсмометров Oldest-2.
На этот раз приборы установили западнее района Oldest-1 – ближе к Марианской впадине. Это позволит проверить, сохраняются ли выявленные ранее закономерности на более обширной территории или они изменяются в направлении зоны субдукции. Ученые планируют объединить данные двух массивов. Это позволит проследить структуру деформации на более обширной территории и отдельно оценить вклад региональных потоков мантии, древних деформаций литосферы и процессов, связанных с соседней зоной субдукции.
"Объединение двух массивов позволит проследить эту закономерность на более обширной территории и лучше оценить возможный вклад регионального движения мантии, унаследованной деформации литосферы и расположенной поблизости системы субдукции", – пояснила Ким.
По словам исследовательницы, это поможет вписать результаты Oldest-1 в более широкую картину деформации мантии под древнейшим морским дном Тихого океана.