Стало известно о глубинном расколе мантийного плюма

Два крупнейших вулкана Гавайев стоят рядом, питаются одним глубинным источником, но извергают лаву с разным "характером". Это расхождение давно смущает геологов, ведь различия сохраняются на протяжении миллионов лет и прослеживаются сразу на нескольких островах архипелага. Новое моделирование мантии Земли предлагает неожиданное объяснение, уходящее на глубину более тысячи километров. Об этом сообщает журнал Science Advances.

Загадка двух типов гавайской лавы

На Большом острове Гавайи вулканы Мауна-Лоа и Мауна-Кеа формируются над одной и той же горячей точкой, однако их лавы заметно отличаются по химическому составу. Лавы типа Лоа считаются более древними и близкими к первичному веществу мантии. Лавы типа Кеа, напротив, напоминают "обычную" современную мантию Земли.

Это различие не локальное: оно прослеживается и на других островах Гавайской цепи, что делает проблему особенно устойчивой к простым объяснениям и указывает на сложные процессы, происходящие глубоко под литосферой, где, как показывают спутниковые данные, в недрах Земли идут сложные процессы перестройки.

Долгое время одни ученые связывали различия с процессами в верхней части литосферы и строением самих вулканов. Другие предполагали, что причина скрыта глубже — в самом плюме, питающем гавайскую горячую точку. Новая работа относится ко второй группе гипотез, но предлагает более детальную и динамичную картину происходящего.

Как моделировали глубины мантии

Команда под руководством геодинамика Цзяшуня Ху из Южного университета науки и технологий смоделировала движение мантийных пород за последние 250 миллионов лет. Модель учитывала реальные перемещения тектонических плит и расположение зон субдукции, где холодные плиты погружаются в мантию.

Примерно 120 миллионов лет назад расчёты показали формирование плюма под будущими Гавайями — в регионе, где ранее уже обсуждалась роль химически неоднородных областей и тот факт, что в мантии Земли скрыто огромное количество воды.

"Это первая модель, которая точно соответствует Гавайям", — говорит геодинамик Цзяшунь Ху.

Ранее та же модель уже использовалась для объяснения изгиба Гавайско-Императорской цепи, что усилило доверие к её результатам. Совпадение геологических данных и вычислений позволило исследователям заглянуть ещё глубже — к процессам у границы ядра и мантии.

Раскол плюма и его последствия

Согласно модели, ключевую роль сыграло столкновение субдукционной плиты с крупной провинцией с низкой скоростью сдвига — LLSVP. Эти горячие и химически отличные области расположены у края земного ядра. Примерно 125 миллионов лет назад столкновение создало своеобразный "хребет" на поверхности LLSVP, откуда начал подниматься поток раскалённых пород.

Около 50 миллионов лет назад этот плюм стал разделяться на две ветви, причём раскол распространялся снизу вверх. Одна часть потока захватывала материал из центра LLSVP, другая — с его периферии. По расчётам, к 10 миллионам лет назад это различие достигло поверхности и проявилось в химии лав Лоа и Кеа.

Не все специалисты полностью согласны с таким сценарием. Геохимик Доминик Вайс из Университета Британской Колумбии отмечает, что даже "краевая" ветвь плюма всё равно связана с LLSVP, что не до конца объясняет состав лав типа Кеа. В то же время геофизик Дитмар Мюллер из Сиднейского университета подчёркивает, что модель показывает LLSVP как живые и меняющиеся структуры, а не статичные образования глубинной мантии.

В перспективе, по расчётам авторов, через десятки миллионов лет раскол может дойти до верхней мантии и сформировать два параллельных плюма. Это теоретически способно привести к появлению двух цепочек островов. Проверить такую гипотезу смогут будущие сейсмологические исследования, когда под Гавайями появятся более плотные и чувствительные сети наблюдений.