Климатический спусковой крючок: высыхание озера ускорило раскол Африки

Установление причинно-следственной связи между климатом и геологией — задача почти фантастической сложности. Однако международной группе исследователей удалось обнаружить наглядные доказательства такой связи в недрах Восточно-Африканской рифтовой долины. Данные показывают, что высыхание древнего озера Туркана в конце так называемого Африканского влажного периода не просто изменило ландшафт, но и напрямую ускорило тектонические процессы, разрывающие Африканский континент на части.

Используя сейсмическое профилирование и компьютерное моделирование, учёные впервые количественно доказали, что изменение климата может напрямую влиять на скорость геологических процессов в недрах Земли. Ключевым звеном в этой цепи стала значительная потеря массы воды, которая, как оказалось, разгрузила земную кору и запустила каскад событий, вплоть до активизации разломов.

О чём говорят отложения на дне озера

Южная котловина Турканы является частью восточной ветви Великой рифтовой долины — зоны, где Африканская литосферная плита медленно, но неотвратимо раскалывается. Озеро Туркана, расположенное в этой котловине, сегодня имеет среднюю глубину около 30 метров. Однако в раннем голоцене, во время Африканского влажного периода (примерно 15–5 тысяч лет назад), его уровень был выше современного на 100–150 метров.

Чтобы заглянуть в прошлое, исследователи проанализировали более 1100 километров высокоразрешающих сейсмических профилей, полученных методом CHIRP. Эти данные, подобные геологическому томографу, позволили увидеть смещённые разломами слои осадков на дне озера. Радиоуглеродный анализ кернов, взятых со дна, помог датировать два ключевых отражающих горизонта: примерно 9631 и 5333 лет назад. Последняя дата маркирует переход к более засушливому периоду и начало резкого падения уровня озера.

Сравнив вертикальное смещение (амплитуду) этих горизонтов по разные стороны разлома за два временных интервала, учёные рассчитали среднюю скорость смещения для каждого из 27 крупнейших разломов в котловине. Результаты оказались красноречивыми: у 74% исследованных разломов скорость смещения в более сухой период (последние 5333 года) достоверно увеличилась. В среднем по всему массиву данных прирост составил 0.17 ± 0.08 миллиметра в год. Хотя цифра кажется незначительной, в геологических масштабах времени такое ускорение является существенным.

Цепная реакция: от испарившейся воды до активизации разломов

Почему исчезновение столба воды привело к ускорению тектонических процессов? Механизм, выявленный исследователями, представляет собой чёткую физическую цепь событий.

1. Разгрузка коры. Исчезновение 100–150 метров воды сняло колоссальную нагрузку с земной коры — примерно 1–1.5 мегапаскаля давления. Это эквивалентно удалению слоя льда толщиной в километр.

2. Усиление плавления в мантии. Уменьшение давления на кору привело к декомпрессии в подстилающей мантии. Для мантийных пород снижение давления — один из ключевых факторов, запускающих частичное плавление. Моделирование показывает, что в условиях котловины Турканы это могло привести к дополнительному образованию 0.07–0.34 кубического километра магмы каждую тысячу лет.

3. Рост давления в магматической камере. Образовавшаяся магма поднималась и питала магматический очаг под вулканическим массивом Южного острова в центре рифта. Анализ расплавных включений в местных вулканических породах подтверждает существование такой камеры на глубине 9–12 километров. Поступление нового материала увеличивало давление в этом резервуаре.

4. Активизация разломов. Возросшее давление в магматическом очаге начало воздействовать на окружающие породы, меняя напряжённо-деформированное состояние в земной коре. Компьютерные модели на платформе PyLith показали, что именно этот фактор стал решающим. Напряжения на разломах от инфляции (раздувания) магматической камеры могли достигать 650 килопаскалей, что значительно превышает эффект от простого снятия водной нагрузки (95–230 килопаскалей). Эти изменения создали условия, благоприятные для более частого проскальзывания по разломам.

Таким образом, климат → уровень озера → давление в коре → плавление мантии → магматическая активность → тектонические движения. Исследователям удалось не просто предположить, а количественно измерить звенья этой цепи.

Глобальный контекст и будущее рифта

Открытие в Туркане — не единичный феномен, а проявление универсального физического принципа. Известно, что после схода ледниковых щитов в Исландии и Северной Америке повышалась вулканическая и сейсмическая активность. Удаление мощных толщ осадков в таких регионах, как Тайвань или Андийское нагорье, также меняет напряжённое состояние земной коры. Особенность случая Турканы в том, что впервые связь установлена для изменений водной, а не ледниковой или осадочной нагрузки, и подтверждена прямыми измерениями скорости смещения по разломам за последние тысячи лет.

Это имеет далеко идущие последствия для понимания будущего Восточно-Африканской рифтовой долины. Многие великие африканские озера, такие как Малави и Танганьика, в прошлом переживали падение уровня на 500–600 метров — в разы больше, чем Туркана. Подобные катастрофические усыхания, безусловно, запускали сопоставимые или даже более мощные тектонические цепные реакции.

Сегодня озеро Туркана по-прежнему находится на низком уровне. Система, переведённая в новое состояние несколько тысяч лет назад, в нём и остаётся. Современные геодезические данные (GPS) показывают, что деформации концентрируются именно в тех зонах, где в голоцене было зафиксировано наибольшее ускорение смещения. Это означает, что нынешний режим растяжения земной коры и магматической активности отчасти является наследием климатических изменений прошлого.

Если в будущем регион столкнётся с новым продолжительным засушливым периодом и уровень озера упадёт ещё сильнее, процесс повторится: плавление в мантии усилится, давление в магматических камерах возрастёт, а активность разломов и, как следствие, сейсмическая опасность могут увеличиться. И наоборот, если климат станет более влажным и озёра наполнятся, это может оказать сдерживающее влияние на рифтогенез.

Таким образом, темпы, в которых Африканский континент продолжит свой геологический «развод», зависят не только от глубинных сил мантийных плюмов, но и от климатической судьбы его великих озёр. Исследование озера Туркана наглядно демонстрирует, что история разделения континентов написана не только огнём и камнем, но также водой и ветром.