Тонущая древняя тектоническая плита может подпитывать супервулкан Йеллоустон

Движущая сила длинной и взрывоопасной вулканической истории Йеллоустоуна может быть не такой глубокой, как когда-то считалось. Новое исследование предполагает, что вместо пламени горячей мантии, которая простирается до ядра Земли, настоящим виновником является субдукционная тектоническая плита, которая начала падать под Северной Америкой сотни миллионов лет назад.

Компьютерное моделирование показывает, что движение сломанных остатков древней Фараллонской плиты могло бы помешать мантии таким образом, чтобы подпитывать Йеллоустоун , сообщают исследователи в статье опубликованной в журнале Nature Geoscience, автор которой Лицзюнь Лю, геодинамик из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн.

Гигантский супервулкан под национальным парком Йеллоустоун, расположенный в основном в Вайоминге, имеет 17-миллионную историю - большая часть его в постоянном движении. В то время локус вулканизма переместился на северо-восток от юго-западного штата Айдахо до его нынешнего местоположения, где он совсем недавно вспыхнул около 640 000 лет назад. Эти сдвиговые извержения создали трек вулканических кратеров, похожих на те, которые создавались горячей точкой, которая составляла гавайскую цепь островов. В результате ученые давно подозревают, что глубокий шлейф магмы, происходящий из границы ядра-мантии, подобный той, которая питает вулканы Гавайских островов, является источником ярости Йеллоустона.

Но природа Йеллоустонского плюма была предметом дебатов. «Обычно с плюмами мы можем проследить их до границы ядра-мантии, - говорит Роберт Порритт, сейсмолог из Техасского университета в Остине, который не участвовал в новой работе. Чтобы «увидеть» структуру Земли, сейсмологи используют метод, называемый сейсмической томографией, который отображает внутреннее пространство с использованием сейсмических волн, создаваемых землетрясениями. Особенно горячие или жидкие части мантии замедляют некоторые сейсмические волны, известные как сдвиговые волны. Томографические изображения мантийных плюмов, такие как под Гавайями, показывают область с низкой скоростью, которая простирается вплоть до границы между мантией и ядром, примерно на 2900 километров ниже поверхности Земли. Считается, что такие глубокие плюмы необходимы для обеспечения достаточного тепла для вулканизма.

«Но в Йеллоустоне у нас нет такой большой скорости с низкой скоростью сдвига на границе ядра и мантии», - говорит Порритт. Современные изображения показывают, что область низкоскоростного материала имеет глубину не менее 1000 километров, но существует и более глубокий шлейф.

И регион тектонически сложный. Около 200 миллионов лет назад тектоническая плита на западе, известная как плита Фараллона, начала скользить на восток ниже Североамериканской плиты. Текущая плита Хуана де Фуки у Тихоокеанского северо-западного побережья, одного из последних остатков Фараллонской плиты, продолжает скользить под западными Соединенными Штатами. Некоторые исследователи предположили, что вместо глубокого мантийного плюма, изгиб и плавление субдукционной пластины Хуана де Фуки отвечают за вулканизм Йеллоустона.

Фаллалонская плита начала субдукцию на восток ниже Североамериканской плиты сотни миллионов лет назад. Самая молодая часть плиты, называемая плитой Хуана де Фуки (зеленая), теперь частично лежит под западными Соединенными Штатами. В новом исследовании симуляции предполагают, что нисходящая тяга древней Фараллонской плиты (синяя) движет потоком горячей мантии с запада на восток. Поскольку эта горячая мантия (темно-оранжевый) поднимается через перерывы в пластине Хуана де Фуки, некоторые мантии циркулируют на запад, заправляя вулканизм в районе бассейна и области. И некоторые текут на восток, заправляя Йеллоустоун.

У Лю и его коллег есть еще одна идея. В 2016 году Лю опубликовал исследование, в котором предполагалось, что утопающая древняя плита Фараллона действует как крышка на глубоком мантийном плюме , предотвращая поднятие плюма на поверхность. «Но мы помнили, что проблема не была решена», - говорит Лю. «Источник тепла для Йеллоустоуна все еще отсутствовал».

Исследователи создали сложную серию симуляций, основанных на суперкомпьютерах, чтобы попытаться найти лучший сценарий, который соответствует трем известным известным: текущим томографическим изображениям подповерхности под западными Соединенными Штатами; история вулканов в Йеллоустоне, а также в близлежащих районах бассейна и хребта; и движения субдуктивной плиты примерно с 20 миллионов лет назад.

Вулканизм Йеллоустона связан не только с нынешней субдукционной молодой пластиной Хуана де Фуки, но и с остатками ее более древнего воплощения - Фаллаллонской плиты. Эти остатки продолжали скользить глубже и теперь лежат под восточными Соединенными Штатами. Это нисходящее погружение тащило горячую мантию на восток вместе с ней. Когда плита Хуана де Фуки начала разрастаться под западными Соединенными Штатами, горячая мантия поднималась сквозь трещины. Часть этой горячей мантии циркулировала обратно на запад через верхнюю часть плиты Хуана де Фуки, заправляя вулканизм в районе бассейна и хребта. И некоторые из них текли на восток, добавляя огонь к огню Йеллоустоуна. Исследование не исключает наличия глубокого магматического плюма, но предполагает, что такой шлейф играет небольшую роль в вулканизме Йеллоустона.

Порритт говорит, что он заинтригован идеей о том, что затонувшая плита Фараллона под центральной и восточной частью Соединенных Штатов может вести массовый оборот мантии в таких больших масштабах. Однако, по его словам, он не уверен, что авторы действительно решили большую тайну вулканизма Йеллоустона - или что еще не найденный глубокий шлейф по-прежнему не играет большой роли. «Это интересная дискуссия, которая будет бушевать, надеюсь, на протяжении десятилетий».