Вчені знайшли "скам'янілі" сліди давнього руху мантії під Тихим океаном

Дослідники виявили "скам'янілі" сліди руху мантії під найдавнішою збереженою ділянкою океанічної кори Тихого океану. Йдеться про область, відому як Тихий трикутник, яка розташована приблизно за 1 000 кілометрів на схід від Маріанської западини. Про це пише Phys.

Як сейсмічні хвилі допомогли зазирнути в минуле Землі?

Вік цієї ділянки оцінюють у 160 – 180 мільйонів років. Вона сформувалася в районі, де колись сходилися три тектонічні плити. На їхньому стику існувала система серединно-океанічних хребтів, уздовж яких плити розходилися, а з мантії підіймалася гаряча речовина, формуючи нову океанічну кору.

Дослідження опубліковане в журналі "Seismological Research Letters". Його автори вважають, що отримані результати допомагають краще зрозуміти, як рух мантії впливає на тектоніку плит і формування та еволюцію земної кори.

Щоб дослідити давні процеси, науковці аналізували сейсмічну анізотропію. Коли речовина верхньої мантії деформується під впливом її руху, кристали мінералів у ній набувають певної орієнтації. Це змінює спосіб поширення крізь них сейсмічних хвиль.

Зокрема, поперечні сейсмічні хвилі можуть розділятися на швидший та повільніший компоненти. Саме ця різниця дозволяє дослідникам визначити напрямок орієнтації мінералів і таким чином отримати інформацію про рух мантії.

Головне питання полягає в тому, як напрямок, який ми спостерігаємо в мантії, відображає одночасно деформацію, пов'язану із сучасним рухом плит, і структури, успадковані від тривалої історії плити, – пояснила дослідниця Сеульського національного університету Йон Хі Кім.

За її словами, отримані результати показали, що анізотропія під Тихим трикутником змінюється залежно від місця і не може бути пояснена лише деформацією, спричиненою рухом плит.

Що зберегла найдавніша кора Тихого океану?

Для дослідження команда використала дані широкосмугових сейсмометрів, встановлених на океанському дні в межах міжнародного корейсько-японського експерименту Oldest-1. Прилади працювали у 2018 – 2019 роках.

Одним із завдань експерименту було дослідження сейсмічної анізотропії, а також інших характеристик будови та динаміки мантії.

Аналіз показав складну картину. Частина напрямків анізотропії збігається з напрямками давнього і сучасного руху тектонічних плит. Водночас інші орієнтації не відповідають тому, що можна було б передбачити лише на основі руху плит.

Дослідники очікували певної складності через тривалу історію регіону. За цей час змінювалися напрямки руху плит, а взаємодія з гарячими точками могла залишити додаткові сліди в породах.

"Ми очікували певної складності, оскільки тривала історія регіону, зокрема зміни руху плит і взаємодія з гарячими точками, могла зберегти або змінити ранні структури деформації", – зазначила Кім.

Таким чином, у верхній частині мантії можуть одночасно існувати давні сліди деформації літосфери та анізотропія, сформована сучасним рухом речовини.  Що відбувається навколо зануреної літосфери?

Окрему увагу науковці приділили аномаліям під Тихоокеанською плитою, які раніше виявили за допомогою сейсмічної томографії. Цей метод дає змогу отримувати своєрідне "КТ-сканування" надр Землі та виявляти структури всередині планети.

Нова робота показала систематичну зміну напрямку поширення сейсмічних хвиль. Це може свідчити про те, що потік речовини мантії відхиляється навколо зануреної частини давньої літосфери. Раніше на її існування вказували результати томографічних досліджень. Тепер сейсмічна анізотропія дала додаткові підказки про те, як ця структура може впливати на рух речовини навколо неї.

Дослідники також виявили ділянки, де чіткого сигналу анізотропії немає. Вони розташовані, зокрема, поблизу ланцюга підводних вулканів Магелланових гір та давнього потрійного стику тектонічних плит. Одним із можливих пояснень може бути локальний підйом гарячої речовини з глибини мантії, пов'язаний із гарячими точками. Водночас учені наголошують, що така інтерпретація не є однозначною.

"Жодна з цих інтерпретацій не є однозначною, але обидві дають підказки про те, як локальна структура мантії може впливати на деформацію", – сказала Кім.

Нові дані мають показати, що відбувається біля Маріанської западини

Дослідники вже продовжують роботу над наступним етапом проєкту. Вони аналізують дані сейсмічної анізотропії з масиву океанських сейсмометрів Oldest-2.

Цього разу прилади встановили західніше від району Oldest-1 – ближче до Маріанської западини. Це дозволить перевірити, чи зберігаються виявлені раніше закономірності на більшій території, чи вони змінюються в напрямку зони субдукції. Учені планують об'єднати дані двох масивів. Це дасть змогу простежити структуру деформації на ширшій території та окремо оцінити внесок регіональних потоків мантії, давніх деформацій літосфери й процесів, пов'язаних із сусідньою зоною субдукції.

"Об'єднання двох масивів дозволить простежити цю закономірність на більшій території та краще оцінити можливий внесок регіонального руху мантії, успадкованої деформації літосфери та розташованої поблизу системи субдукції", – пояснила Кім.

За словами дослідниці, це допоможе вписати результати Oldest-1 у ширшу картину деформації мантії під найдавнішим морським дном Тихого океану.