Френският остров Реюнион, разположен в западната част на Индийския океан, може да бъде оприличен на маршмелоу, коeто сякаш виси над горелка. Островът се намира над един от така наречените мантийни плюмове (струи) на Земята. Ефектите от мантийния плюм са трудни за пропускане – на Реюнион се намира един от най-мощните и хиперактивни вулкани на нашата планета, който носи подходящото име Piton de la Fournaise (в превод „Върхът на пещта“).
Но активността на мантийния плюм в наше време дори не може да се сравни с активността, която е била в миналото.
Преди около 65 милиона години, когато мантийният плюм е бил под територията, на която сега се намира Индия, един след друг са се случвали разливи на лава – техните следи са така наречените Декански капани в западната и централната част на Индия. Деканските капани са едни от най-големите вулканични образувания на Земята.
Този процес продължил 700 хиляди години, което е много малко по геоложки мерки; през това време потоци лава залели 1,5 милиона квадратни километра от земната повърхност. Динозаврите може да са загинали от удара на гигантски астероид, но поради самия факт на съществуването на Деканските капани не можем да кажем със сигурност за климатичните условия, при които динозаврите всъщност е трябвало да оцеляват.
През 2012 г. екип от геофизици и сеизмолози започва да дешифрира формата на мантията чрез разгръщане на гигантска мрежа от сеизмометри в дълбините на Индийския океан. Близо десетилетие по-късно учените установяват, че мантията е нещо по-странно от очакваното. В списание Nature Geoscience учените съобщават, че мантийният плюм не е просто структура, подобна на магмен стълб. Оказва се, че от разтопеното сърце на нашата планета се издига гигантски мантиен плюм, наподобяващ дърво, от което диагонално се отклоняват разклонени структури.
Докато тези „клони“ се приближават до земната кора, те сякаш прерастват в по-малки, вертикално издигащи се клони – свръхгорещи мантийни струи, над които са разположени добре известни горещи точки на земната повърхност, в които има непрекъсната вулканична активност.
Откриването на тази масивна структура, разположена под остров Реюнион, почти съвпада с друго скорошно научно откритие – на допълнителни структури в мантийните плюмове под Африканския континент.
Коренът на това подземно дърво, намиращо се под Реюнион, вероятно е една от най-старите геоложки структури, може би дори на същата възраст като планетата Земя. Възможно е мантийните струи да са се разклонявали непрекъснато от това изгарящо дърво в продължение на милиарди години. Ако приемем, че в момента все повече и повече нови клонове продължават да растат, то учените вече имат възможност да надникнат в огненото бъдеще на Земята.
Вулкани превърнали Венера в огнен ад, същото заплашва и Земята
„Изучавайки границата между земното ядро и мантията, ще бъде възможно да се предвиди с известна вероятност къде ще се появят нови океани“, казва Карин Сиглох, един от съавторите на статията. Освен това учените могат да покажат онези области на повърхността на Земята, които някой ден ще изчезнат напълно. Ако се вярва на новите математически модели, се оказва, че след няколко десетки милиона години най-вероятно няма да искате да сте никъде в Южна Африка, а може би дори на планетата Земя.
Огнени фонтани
През 60-те години на миналия век теорията за тектониката на плочите бързо набира признание, но въпреки това не е толкова лесно да се обяснят някои геоложки обекти. Въпреки че теорията предлага някои отговори на въпроси, които не са били давани на учените (например, където се появяват вулкани, земята се ражда, образуват се океански басейни, където древната земна кора е разрушена), тя не може обясни например феномени като Хавайските острови.
Теорията на тектониката на плочите твърди, че по границите на тектонските плочи (т.е. където две плочи се сблъскват една с друга, плъзгат се една върху друга, търкат се една в друга или се разминават) се случват голяма част от, така да се каже, геоложките фойерверки на нашата планета. В Тихоокеанския огнен пръстен (регион с форма на подкова по периметъра на Тихия океан, който минава по границите на много плочи, обграждащи Тихоокеанската плоча) се намират 75% от всички активни вулкани в света.
Но въпреки че Хавайските острови са разположени далеч от границата на литосферните плочи, на Хавайския архипелаг също неочаквано откриваме гигантски вулкани. Така например активният подводен вулкан Лоихи край югоизточното крайбрежие на остров Хавай е най-младият от много вулкани, образували дъговидна вулканична верига с дължина 6 хиляди километра, която включва и подводни вулкани, които не са били активни от дълго време. От геоложка гледна точка това явление, известно като вътрешен вулканизъм, се смяташе за отклонение от нормата.
През 1963 г. канадският геофизик Джон Тузо Уилсън предполага, че гореспоменатите вулканични вериги се образуват в резултат на непрекъснатия дрейф на тектонска плоча над неподвижни горещи точки в мантията, т.е. разтопена скала, съставляваща 84% от обема на Земята. В резултат възниква верига от вулкани, които изригват, растат и след това напълно прекратяват своята активност, докато плочата се движи в обратна посока от източника на локализиране на магматичното гориво. През 1971 г. американският геофизик Уилям Джейсън Морган предположи, че тези горещи точки са се образували от действието на мантийни плюмове, състоящи се от много гореща порода, издигаща се от долната част на мантията.
Учени записаха движението на магмени структури в мантията на Земята (ВИДЕО)
През следващите десетилетия геофизиците стигат до извода, че температурата на скалата, от която са съставени плюмовете, е с около 200 градуса по Целзий по-висока от температурата на останалите скали на мантията. Когато мантийните плюмове достигнат основата на тектонските плочи, тяхната огнедишаща топлина разтапя околната скала, което води до голямо количество магма. Освен това плюмовете носят материал от мантията на Земята.
Отдалечавайки се от ядрото, този материал започва да се топи при по-ниско налягане, премествайки допълнителни маси от магма в земната кора. Факторът за усилено движение на гореща магма към повърхността на Земята добре обяснява наличието на голям брой вътрешни вулкани (тоест вулкани, разположени не по периферията, а на значително разстояние от границите на плочата).
Самият факт за наличието на вулканични вериги, известни още като „следи от горещи точки“, се обяснява с хипотезата за магмените струи. Един пример за мантиен плюм, локализиран в Световния океан, са Хавайските острови, но плюмове се срещат и на сушата – това е супервулканът Йелоустоун, най-младата от горещите точки; възрастта му е поне 17 милиона години. От супервулкана Йелоустоун на повърхността на Земята са се излели 210 хиляди кубични километра лава на повърхността на Земята, покривайки териториите на тихоокеанския северозапад от Съединените щати, след което се е образувала дъга от гигантски вулканични котловини, простиращи се между щатите Орегон и Уайоминг (това е повърхност от белези, образувана без съмнение в резултат на действието на мантийния плюм).
Сеизмични явления
Все още никой не е успял да види мантийния плюм, така да се каже, със собствените си очи; има само предположения, че той съществува. Учените обаче подкрепят тази хипотеза с помощта на множество доказателства. Убедително свидетелство се явяват сеизмичните вълни. Възникнали в резултат на земетресения, сеизмичните вълни се разпространяват първо към центъра на Земята и след това се издигат обратно към земната повърхност. Когато сеизмичната вълна преминава през геоложко тяло, нейната скорост и траектория се променят. Тази информация се събира с помощта на сеизмометри, след което специалистите въз основа на получените данни откриват какво се крие в земните дълбини.
Открийте къде се е намирал домът ви в ерата на динозаврите
Скоростта на разпространение на сеизмичните вълни през горещи скали се забавя; в някои изследвания е установено, че понякога те също се забавят, когато се разпространяват през продълговати структури, които се издигат от дълбоката мантия и се свързват с вулканичните горещи точки на повърхността.
Сеизмолозите са открили и две гигантски капковидни структури (едната под Африканския континент, другата под Тихия океан), които лежат от двете страни на границата между мантията и ядрото. Когато сеизмичните вълни преминават през двете гигантски капки на дълбочина, скоростта им се забавя; този факт предполага, че тези капковидни структури са горещи колоси, чиято обща повърхност е около 30% от цялата повърхност, разграничаваща ядрото и мантията.
За произхода на тези гигантски капки са предложени различни хипотези, като се започне от натрупването на вече несъществуващи тектонски плочи и се завърши с останки от протопланетата Тея, която се е сблъскала с младата Земя, в резултат на което е възникнала Луната.
Колкото повече сеизмични вълни преминават през една и съща точка на мантийния плюм, толкова по-голяма е вероятността той все още да съществува. Въпреки това според геофизика Катрин Ричерт от университета в Саутхемптън „земетресения не се случват навсякъде“. В същото време сеизмичните станции са разположени предимно на сушата, а не на морското дъно. Това означава, че имаме непълна информация за сеизмичната активност в Световния океан.
„По принцип знаем, че [плюмовете] трябва да съществуват – обяснява Хариет Лау. – Но те не са лесни за откриване с помощта на сеизмични проучвания.“ Следователно сеизмичните вълни улавят само отделни части от мантийните плюмове, докато свойствата им понякога се оказват обект на научни спорове.
В крайна сметка учените биха искали да получат пълна картина на плюма, издигащ се от основата на мантията към повърхността на Земята. За тази цел е необходимо да се постави голям брой сеизмометри върху огромна територия, образувайки един вид голям капан, който може да поеме максималния поток от сеизмични вълни. Това ще ни позволи да разгледаме сегмент от земната мантия със значителни размери – нещо като гигантски сеизмичен телескоп.
И така, през 2012 г. учените го построили.
Предстоящи катаклизми
Ако теоретичният модел, предложен от учените, се окаже правилен, тогава, следователно, два отдавна съществуващи научни подхода също ще се окажат верни. Първо, обяснява Саския Гас, поведението на плюмовете на мантията на Земята „в никакъв случай не е тривиално, не може недвусмислено да се сравнява с ъпуелинг в концентрирани разтвори, който се моделира в лаборатории“ (ъпуелинг е процесът на повдигане на долните слоеве към повърхността; в океана – издигането на дълбоки води до повърхността). Природата по своята същност е сложна и тя често ни озадачава.
През таен проход под Панама духа "мантиен вятър"
Второ, тези гигантски подземни капки са играли и ще продължат да играят ключова роля в бурната история на планетата.
Според някои специалисти са били необходими най-малко 120 милиона години на мантийните плюмове, които се разклоняват от гигантската подземна капка, разположена под Африканския континент, за да разкъсат древния суперконтинент Гондвана. Когато мантийните плюмове се издигнали до основата ѝ, те я нагрели и отслабили. Подобно на къртици, оставящи след себе си хълмове, мантийните плюмове повдигали със себе си земната повърхност. Австралия се отделила от Индия и Антарктида, Мадагаскар – от Африка, а Сейшелският микроконтинент – от Индия. Ето на какви разрушителни действия е способен Индийският океан!
Ако мантийният плюм или няколко плюма под Източна Африка се придвижат по-нататък, тогава в резултат този процес ще допринесе за разпадането на Африканския континент и по-специално за фрагментацията на Източна Африка и създаването на някакъв нов микроконтинент, който ще се появи редом до най-младия океан в света.
Но този бъдещ тектонски разрив ще ви се стори незначителен на фона на катастрофата, която може да се случи в южния край на този континент. Така по оценките на учените след десетки милиони години подземната капка с гигантски размери ще се отдели от централния връх на мантийния плюм и ще започне да се издига към сегашния фундамент, върху който се намира Южна Африка. И този процес според Карин Сиглох ще предизвика катастрофални изригвания. Появата на Деканските капани вероятно е свързана с единичен мантиен плюм. Но в бъдеще тази гигантска капка е способна да предизвика толкова мощен и активен вулканизъм, че в сравнение с нея Деканските капани ще изглеждат просто като слаб изблик.
Мислите за предстоящ вулканичен апокалипсис могат да предизвикат безпокойство. Ето защо е толкова важно да се получат точни изображения на плюмовете, защото тези геоложки образувания са, ако може така да се каже, арбитрите на живота и смъртта.
И все пак, въпреки целия хаос, който причиняват мантийните плюмове, те са ключов елемент от тектониката, т.е. непрекъснат цикличен процес, който води до неравномерно отлагане и освобождаване на въглерод и вода. В резултат на тези процеси по чудо се родила годна за живот планета, върху която се появили атмосфера, благоприятна за появата на живот, и обширни океани – така се ражда раят, създаден от подземните гиганти.
„Разбирането на процесите, протичащи в недрата на нашата планета в продължение на милиарди години, ни е необходимо, за да допуснем самата възможност за съществуването на човечеството в бъдеще“, казва Катрин Ричерт.
Нетипични тектонски процеси протичали на ранната Земя
Ще отнеме известно време, преди учените да успеят да проучат задълбочено гигантите, които се намират в земната мантия. И докато този ден все още не е настъпил, специалистите ще трябва да продължат да изучават процесите, протичащи в мантията, улавяйки звуците на хтоничните същества, повелители на дълбините на Земята.
Източник: Quanta Magazine, със съкращения
