Под Восточной Антарктидой обнаружен тектонический веер, управлявший ледниками 150 миллионов лет

Под ледяным щитом Восточной Антарктиды геофизики нанесли на карту геологическую структуру настолько большую, что она покрывает примерно половину континента, и никто не распознавал её как единое целое до сих пор. Структура называется Восточно-Антарктической веерообразной бассейновой провинцией. Её размеры трудно удержать в сознании. Она состоит из 30 отдельных подлёдных бассейнов, скрытых под километрами льда, все расходятся от единой точки опоры, расположенной в 86,4 градусах южной широты и 129,9 градусах восточной долготы — менее чем в четырёх градусах от Южного полюса.

Два основных компонента — бассейн Уилкса и бассейн Авроры — каждый простирается более чем на 1500 километров от береговой линии Антарктиды вглубь континента. В самом широком месте провинция простирается от залива Прадс (70 градусов восточной долготы) до Трансантарктических гор (160 градусов восточной долготы). Двухтысячекилометровая дуга антарктической береговой линии вдоль её северного края образует идеальный полукруг при взгляде сверху — геометрия, которая оказалась не случайной.

Чтобы понять вращательное расширение, нужно представить ручной веер. Основание веера остаётся фиксированным, в то время как внешние края расходятся. Когда континентальная кора расходилась по той же схеме, промежутки, открывшиеся между расходящимися краями, стали бассейнами, теперь погребёнными подо льдом Восточной Антарктиды. Ось симметрии, фиксированный центральный край веера, проходит через образование, называемое Бельгийскими подлёдными высокогорьями вдоль 130-го меридиана восточной долготы. К западу от этой линии кора вращалась против часовой стрелки, открывая бассейн Авроры. К востоку она вращалась по часовой стрелке, открывая бассейн Уилкса.

Структура также объясняет три крупные геологические загадки Восточной Антарктиды, которые десятилетиями сопротивлялись удовлетворительному объяснению. Горы Гамбурцева — горный хребет, полностью погребённый подо льдом в глубине континента, без границ плит, вулканических источников или очевидных тектонических драйверов. Они расположены к западу от точки опоры веера, прямо в зоне сжатия. Горы Трансантарктические, самый длинный некомпрессионный горный пояс на Земле (более 3500 километров), показывают отклонение по часовой стрелке примерно на 20 градусов между ледниками Нимрод и Бёрд. Это 20-градусное вращение соответствует угловому смещению внешнего края веера.

Связь с распадом Гондваны проходит через северный край веера. Когда вращательное расширение усилилось, расширяющаяся кора создала полукруглую зону слабости вдоль того, что сейчас является антарктической береговой линией. Эта линия слабости контролировала то, где Антарктида и Австралия в конечном счёте разделились примерно 85 миллионов лет назад. Офшорные зоны разломов в Южном океане между двумя континентами выровнены непосредственно с прибрежными структурными границами провинции.

Что делает это открытие актуальным для настоящего, так это лёд. Восточно-Антарктическая веерообразная бассейновая провинция лежит под примерно половиной Восточно-Антарктического ледяного щита, и этот лёд содержит эквивалент 28 метров уровня моря. Для сравнения, весь Западно-Антарктический ледяной щит, который в настоящее время получает основную долю научного внимания как краткосрочный риск повышения уровня моря, содержит примерно 3,3 метра эквивалента уровня моря.

Тектоническое растяжение коры под провинцией значительно истончило её, и во многих местах поверхность коренных пород находится ниже современного среднего уровня моря. Лёд, находящийся на коренных породах ниже уровня моря, подвержен специфическому механизму разрушения, называемому нестабильностью морского ледяного щита. Океанская вода, более плотная и тёплая, чем пресная талая вода под ледником, может проникать от края льда вдоль ложа, ускоряя таяние снизу. По мере отступления льда коренные породы продолжают наклоняться вглубь суши, что означает, что фронт льда контактирует со всё более глубокой и тёплой водой по мере отступления, вызывая дальнейшее отступление в самоподдерживающемся цикле.

Шесть крупных выводных ледников, которые в настоящее время осушают Восточную Антарктиду, следуют структурным границам провинции почти точно. Ледники Тоттен, Вандерфорд, Денман, Фрост, Эймери и Такер занимают каналы, вырезанные вдоль радиальных линий разломов бассейновой системы. Один только ледник Тоттен осушает водосборный бассейн, содержащий оценочно 3,5 метра эквивалента уровня моря, и его ложе находится значительно ниже уровня моря на большей части своей длины.

Геотермальные условия под провинцией значительны. Сейсмическая томография зарегистрировала ранее не распознанные низкоскоростные зоны в литосфере под бассейнами Уилкса и Авроры. Более медленные сейсмические скорости на этой глубине указывают на более тёплую породу, что соответствует радиальному паттерну термически нарушенной верхней мантии прямо под ядром провинции. Более тёплая порода на глубине приводит к повышенному потоку геотермального тепла вверх через кору и к основанию вышележащего льда.

Процесс обнаружения сам по себе требовал математического удаления веса льда, прежде чем геология стала различимой. Восточно-Антарктический ледяной щит давит на коренные породы с силой, достаточной, чтобы опустить поверхность земли до одного километра через процесс, называемый изостатической нагрузкой. Исследователи применили расчёт изостатического подъёма к картографированному радаром ложу, чтобы оценить, как выглядела бы топография, если бы лёд был удалён. На этой поднятой поверхности геометрия веера стала однозначной.

Никаких измерений потока геотермального тепла под бассейнами Уилкса и Авроры в настоящее время не существует с пространственным разрешением, необходимым для прямого отслеживания скорости таяния у основания под выводными ледниками провинции. Геометрия коренных пород теперь формально нанесена на карту и названа. Спутниковые измерения скорости льда по всей провинции продолжаются.

Вопрос остаётся открытым. Если тектонический разлом управлял ледниками 150 миллионов лет, и шесть крупнейших выводных ледников Восточной Антарктиды следуют его структурным границам, которые были ослаблены вращательным расширением и теперь находятся ниже уровня моря, — то что произойдёт, когда тёплая океанская вода проникнет под лёд по этим готовым каналам? И сколько метров уровня моря добавит не Западно-Антарктический щит, который сейчас в центре внимания, а Восточный, который до сих пор считался стабильным?