Земная кора под Африкой истончилась до 13 километров в зоне разлома, который однажды может стать океаном

Однажды через восточную Африку может пройти новый океан. Это превращение займёт миллионы лет, но учёные, изучающие разлом Туркана на севере Кении, говорят, что кора там уже вступила в решающую стадию континентального раскола. Новые измерения показывают, что кристаллическая кора под центром разлома истончилась примерно до 13 километров по сравнению с более чем 35 километрами под окружающими флангами. Исследователи говорят, что регион переживает процесс, известный как утонение коры (crustal necking), при котором тектоническое растяжение концентрируется в сужающемся участке континентальной коры. Это процесс, который в конечном счёте может привести к разрыву континента и началу формирования нового океанического бассейна.

Восточную Африку пересекает Восточно-Африканская рифтовая система — огромная тектоническая зона, где Нубийская и Сомалийская плиты постепенно отдаляются друг от друга. На ранней стадии развития разлома растяжение может быть распределено по широкому региону, с разломами, формирующимися на обширной территории, и деформацией, распределённой по большому участку коры. Со временем напряжение может сосредоточиться в гораздо более узком коридоре. Кора начинает истончаться более агрессивно возле центра, тогда как более толстые участки остаются по обе стороны. Исследователи, изучающие Туркану, полагают, что эта концентрация уже произошла, помещая регион дальше по процессу рифтогенеза, чем многие другие части восточной Африки.

Чтобы реконструировать происходящее под поверхностью, учёные объединили данные сейсмической отражательной съёмки, записи буровых скважин и предыдущие оценки границы между корой и мантией Земли. Их результаты показывают сильно истончённую центральную зону под разломом Туркана. Кристаллическая кора толщиной более 35 километров возле краёв разлома опускается до примерно 12,7 километра возле его оси, с оценочной неопределённостью около 2,8 километра. Большая часть более широкой Восточно-Африканской рифтовой системы всё ещё имеет кору толщиной более 25 километров, что заставляет измерения из Турканы выделяться. Исследователи утверждают, что это первый активный континентальный разлом, где утонение коры было чётко идентифицировано, пока процесс ещё продолжается.

Свидетельства также говорят о том, что крупное изменение произошло около четырёх миллионов лет назад. До этого момента деформация, по-видимому, была распределена шире по региону. Примерно в тот же период были извергнуты большие объёмы базальтовой лавы, связанной с Гомбской стратоидной серией, тогда как движение по разломам становилось всё более сосредоточенным вокруг центральной рифтовой зоны. Учёные оценивают, что примерно 15,4 километра верхнекорового растяжения произошло на изученном участке. Около 7,1 километра этого растяжения, по-видимому, произошло за последние четыре миллиона лет, а значит, почти половина реконструированного растяжения случилась относительно поздно в тектонической истории Турканы.

Современная сейсмическая активность также, по-видимому, следует этой суженной зоне. Сейсмичность сосредоточена возле оси разлома, где кора стала самой тонкой, показывая, что деформация остаётся активной под регионом и сегодня. Эти землетрясения не являются доказательством того, что континент вот-вот внезапно расколется, но они раскрывают, где тектоническое напряжение продолжает высвобождаться. Континентальный рифтогенез действует в геологических временных масштабах, причём отдельные движения по разломам и землетрясения образуют крошечные части процесса, который может продолжаться десятки миллионов лет. И всё же каждое землетрясение помогает учёным определить, где напряжение в настоящее время сосредоточено под поверхностью.

Туркана могла достичь этой стадии быстрее, чем соседние части разлома, потому что кора под регионом уже была ослаблена гораздо более древними тектоническими событиями. Задолго до формирования современной Восточно-Африканской рифтовой системы более ранние эпизоды растяжения раздробили и реорганизовали литосферу под северной Кенией. Эти древние структуры оставили зоны слабости, которые позже могли быть реактивированы, когда новые тектонические силы начали растаскивать регион. Магматизм мог добавить к этому ослаблению. Горячий материал, поднимающийся через литосферу, может изменить её прочность и облегчить концентрацию деформации вдоль существующих разломов и трещин.

Если растяжение продолжится достаточно долго, утонение коры может прогрессировать до полного континентального разрыва. На этой стадии кора становится настолько тонкой, что больше не может принимать продолжающееся растяжение таким же образом. Магма может начать заполнять расширяющийся разрыв, в конечном счёте формируя новую океаническую кору между разделяющимися массивами суши. Как только начинается устойчивый спрединг морского дна, может развиться молодой океанический бассейн и постепенно расширяться. Более продвинутая версия этого процесса уже изучается дальше к северу в регионе Афар, где встречаются Африканская, Сомалийская и Аравийская плиты и где обширное разломообразование, вулканизм и утонение коры продвинули разлом ближе к условиям, связанным с формированием океана.

Туркана ещё не достигла этой стадии, и нет гарантии, что каждый континентальный разлом в конечном счёте преуспеет. Некоторые разломы перестают развиваться и оставляют после себя растянутую, раздробленную кору, так и не создав океан. То, что учёные теперь имеют в Туркане, — редкий активный пример континента в фазе утонения, дающий шанс изучить процессы, которые часто исследуются только после того, как континентальный раскол уже произошёл. Древние океанические окраины сохраняют свидетельства прошлого рифтогенеза, но большая часть этих свидетельств может быть погребена под километрами осадков или изменена более поздней геологической активностью.

Тектонические изменения под Турканой могли также помочь сформировать один из важнейших ископаемых регионов на Земле. По мере движения разломов и опускания участков бассейна появлялось больше пространства для накопления осадков. Толстые отложения накапливались по всему бассейну Омо-Туркана в период, который также сохраняет ключевые свидетельства ранней человеческой эволюции. Исследователи предполагают, что сдвиг к более концентрированному рифтогенезу около четырёх миллионов лет назад изменил способ хранения осадков по региону, помогая сохранять ископаемые, археологический материал и экологические записи на протяжении долгих промежутков времени. Силы, ослабляющие кору под северной Кенией, могли таким образом также помочь создать геологический архив, теперь используемый для изучения далёкого прошлого человечества.

На поверхности озеро Туркана и окружающий вулканический рельеф мало говорят о том, насколько тонкой стала кора под центром разлома. Глубоко внизу структура рассказывает куда более драматичную историю. Кора, остающаяся более 35 километров толщиной по краям, сужается до примерно 13 километров возле оси. Разломообразование и землетрясения сосредоточены через ослабленную зону, тогда как свидетельства из пород говорят о том, что напряжение стало более сосредоточенным за последние четыре миллиона лет.

Африка не расколется ни в каких человеческих временных масштабах, но силы, способные изменить континент, уже действуют под Турканой. Если рифтогенез продолжится миллионы лет и в конечном счёте перейдёт к полному разрыву, магма может начать создавать новую океаническую кору между разделяющимися массивами суши, и морская вода в конечном счёте сможет занять проём. То, что сейчас выглядит как суша, разломы и вулканический рельеф, однажды может стать частью окраин совершенно нового океана, а измеренное под Турканой утонение представляет одну из стадий на этом пути.