Предложен новый взгляд на границу между литосферой и астеносферой

В некоторых местах она содержит магму. Вероятно, частично расплавленная порода прилипает к подбрюшью новорождённых литосферных плит.

Под массивными тектоническими плитами Земли залегает загадочный слой, зажатый между жёсткой литосферой и более податливой астеносферой, — тонкая граница, как желе на сэндвиче с арахисовым маслом. То ли это очень влажная порода, то ли частично расплавленная — наверняка никто не знает. «Исследования дают противоречивые результаты», — замечает Керри Ки из Океанографического института Скриппса (США).

Природа этого пограничного слоя и его роль в тектонике плит — одна из главных проблем в сейсмологии, включённая в соответствующий список консорциума IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology) в 2009 году.

Оранжевая зона, выделенная пунктиром, обозначает слой магмы. Синие области отмечают плиту Кокос, скользящую по мантии и заходящую под Центральную Америку. (Здесь и ниже изображения авторов работы.)

Новое исследование позволило получить доказательства того, что эта зона представляет собой магму — по крайней мере под дном океана. У побережья Никарагуа, под плитой Кокос, исследователи обнаружили слой толщиной 25 км, состоящий из частично расплавленной породы в нижней части литосферы.

«Это настоящий сюрприз, — говорит Самер Наиф, аспирант Скриппса и ведущий автор исследования. — Мы собирались изучить круговорот жидкости в земной коре в зоне субдукции, а наткнулись на частично расплавленный слой».

До недавнего времени доминировало мнение о том, что в этой зоне, скорее всего, нет расплавленной породы, но она ослаблена водой, богатой минералами, рассказывает г-н Наиф. Однако в последние пять лет новые исследования, опиравшиеся на анализ порождаемых землетрясениями и проходящих через этот слой сейсмических волн, показали, что зона пребывает в расплавленном состоянии по крайней мере в определённых местах.

Исследователи рассмотрели расплавленную зону под плитой Кокос с помощью метода, отмечающего небольшие колебания электрического и магнитного полей Земли. По этим изменениям можно судить о происходящем ниже поверхности; особенно эффективны они при выявлении карманов жидкости — например, нефтяных и газовых месторождений.

Границей между литосферой и астеносферой заканчивается нижняя часть жёстких тектонических плит, которые плавают на поверхности Земли благодаря мантийным конвекционным токам. Оба слоя представляют собой твёрдый камень, но литосфера — более жёсткая и холодная, тогда как сравнительно горячая астеносфера текуча и податлива с точки зрения геологического времени. Под дном океана эта граница лежит на глубине около 50 км, а под континентами до неё 200 км.

Теперь учёные намерены объяснить, откуда там магма, говорит г-н Ки. Другие исследования показали, что более древняя океаническая литосфера не имеет такой расплавленной границы, добавляет г-н Наиф. Геологически молодая плита Кокос может нести остаток магмы, прилипший к подбрюшью, например, во время её рождения в соседнем срединно-океаническом хребте.

Электромагнитные датчики, с помощью которых было выполнено исследование.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Our Amazing Planet.