Ученые обнаружили "окаменевшие" следы древнего движения мантии под Тихим океаном

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.