Ученые разгадали давнюю загадку поднятия континентов

Исследование предполагает, что распад континентов вызывает глубокие наземные волны, порождающие такие топографические особенности, как скалы и плато.

Группа ученых во главе с Университетом Саутгемптона ответила на один из самых загадочных вопросов тектоники плит: как и почему «стабильные» части континентов постепенно поднимаются, образуя некоторые из величайших топографических объектов планеты.

В своем исследовании, недавно опубликованном в природаИсследователи изучили влияние глобальных тектонических сил на эволюцию ландшафтов на протяжении сотен миллионов лет. Они обнаружили, что когда тектонические плиты разделяются, глубоко под землей возникают мощные волны, которые могут вызвать подъем поверхности континентов более чем на километр.

Загадка склонов и плато

Эти открытия помогают решить давнюю загадку о динамических силах, которые формируют и связывают некоторые из самых впечатляющих форм рельефа на Земле — обширные топографические особенности, называемые «скалами» и «плато», которые глубоко влияют на климат и окрестности.

«Ученые уже давно подозревали, что крутые топографические образования высотой в километр, называемые великими скалами, — как классический пример, окружающий Южную Африку — образуются, когда континенты раскалываются и в конечном итоге раскалываются. мы просто не знали, что этот процесс связан с образованием этих высоких скал», — сказал ведущий автор Том Гернон, профессор геолого-геофизических наук в Университете Саутгемптона.

Вертикальные движения стабильных частей континентов, называемых кратонами, остаются одним из наименее изученных аспектов тектоники плит.

Команда из Университета Саутгемптона, в которую вошли доктор Теа Хинкс, доктор Дерек Керр и Элис Каннингем, сотрудничала с коллегами из Центра Гельмгольца в Потсдаме — немецкого исследовательского центра геонаук GFZ и Университет Бирмингема Чтобы ответить на этот основной вопрос.

Их результаты помогают объяснить, почему части континентов, которые ранее считались «стабильными», подвергаются значительному поднятию и эрозии и как такие процессы могут мигрировать на сотни или даже тысячи километров вглубь суши, образуя обширные возвышенные области, известные как плато, такие как центральное плато. в южной Африке.

Моделирование континентального поднятия и эрозии

Основываясь на своем исследовании, связывающем извержения алмазов с распадом континентов, Опубликовано в прошлом году в природаКоманда использовала передовые компьютерные модели и статистические методы для изучения того, как поверхность Земли с течением времени реагирует на распад континентальных плит.

Они обнаружили, что когда континенты разделяются, расширение континентальной коры вызывает кинематические движения в мантии Земли (массивный слой между корой и ядром).

«Этот процесс можно сравнить с стремительным движением, которое движется к континентам и нарушает их глубокие основания», — сказал профессор Саша Брун, возглавляющий отдел геодинамического моделирования в GFZ Potsdam.

Профессор Брун и доктор Анн Глерум, которые также работают в Потсдаме, провели моделирование, чтобы выяснить, как может развиваться этот процесс. Команда заметила интересную закономерность: скорость мантийных «волн», движущихся под континентами в их моделировании, близко соответствует скорости крупных эрозионных явлений, прокатившихся по южноафриканскому ландшафту после распада древнего суперконтинента Гондвана.

Ученые собрали доказательства того, что огромные скалы возникли на краях древних рифтовых долин, точно так же, как крутые стены, которые мы видим сегодня на окраинах рифтов в Восточной Африке. В то же время рифтинг также вызвал «глубокую мантийную волну», которая движется вдоль основания континента со скоростью от 15 до 20 километров в миллион лет.

Они полагают, что эта волна удаляет слои горных пород с корней континентов за счет конвекции.

«Подобно тому, как воздушные шары теряют вес, чтобы подняться выше, потеря материкового материала заставляет континенты подниматься — процесс, называемый изоэлевацией», — сказал профессор Брун.

Основываясь на этом, команда смоделировала, как ландшафт отреагирует на поднятие, вызванное мантией. Они обнаружили, что нестабильность мигрирующей мантии приводит к волне поверхностной эрозии, которая длится десятки миллионов лет и движется по континенту с одинаковой скоростью. Эта интенсивная эрозия снимает огромный вес с горных пород, заставляя поверхность Земли подниматься дальше, создавая высокие плато.

«Наши модели эволюции ландшафта показывают, как серия событий, связанных с рифтингом, может привести к образованию откоса, а также к стабильному плоскому плато, хотя и в результате эрозии слоя в несколько тысяч метров породы.

Исследование команды дает новое объяснение загадочным вертикальным движениям континентов вдали от окраин континентов, где подъемы более распространены.

Доктор Стив Джонс, доцент кафедры земных систем в Университете Бирмингема, добавил: «Мы имеем здесь убедительный аргумент в пользу того, что рифтинг может при определенных условиях непосредственно генерировать долгоживущие конвекционные ячейки в верхней мантии, и эти рифтогенные вызванные конвективные системы оказывают «глубокое влияние на топографию поверхности Земли, эрозию, седиментацию и распределение природных ресурсов».

Заключение и будущие направления

Команда пришла к выводу, что тот же каскад мантийных возмущений, который вызывает быстрое появление алмазов из глубин Земли, также фундаментально формирует континентальные ландшафты, влияя на ряд факторов, от регионального климата и биоразнообразия до моделей поселений человека.

Профессор Гернон, получивший крупный благотворительный грант от Фонда WoodNext, управляемого Фондом сообщества Большого Хьюстона, на изучение глобального похолодания, объяснил, что распад континентов не только нарушает глубокие слои Земли, но также имеет последствия, которые отражаются на всей территории. поверхность континентов, о которой раньше думали, что это не так. Она стабильна.

«Дестабилизация континентальных ядер, должно быть, повлияла и на древний климат», — заключил профессор Гернон.

Ссылка: «Коэволюция окраин и недр континентов во время разделения континентов» Томаса М. Джернон и Тиа К. Хинкс, Саша Брон, Джейн Браун и Стивен М. Джонс, Дерек Керр, Элис Каннингем и Энни Глерум, 7 августа 2024 г., природа.
дои: 10.1038/s41586-024-07717-1