Обнаружены удивительно холодные "горячие точки" под земной корой
Горячие точки, создавшие вулканические острова, такие как Гавайи, Исландия и Галапагосские острова, часто оказываются удивительно прохладными, говорится в новом исследовании.
Эти данные свидетельствуют о том, что такие горячие точки не всегда возникают из гигантских шлейфов раскаленной породы, поднимающихся из ядра Земли, как считалось ранее, отмечают ученые. Исследователи подробно изложили свои выводы в выпуске журнала Science от 7 января.
Вулканы обычно встречаются у границ тектонических плит, возникая в результате столкновений между гигантскими плитами горных пород, которые дрейфуют поверх мантийного слоя между ядром и корой Земли. Классическими примерами таких вулканов являются вулканы, образующие так называемое "Огненное кольцо" на Тихоокеанском побережье.
Однако иногда вулканы извергаются в центре тектонических плит. Источником таких горячих точек могут быть мантийные плюмы - грибовидные столбы горячей породы, поднимающиеся из глубины мантии и, подобно паяльной лампе, прожигающие вышележащий материал. Когда тектонические плиты перемещаются по таким плюмам, геологи считают, что могут возникнуть цепочки вулканических островов.
Предыдущие исследования показали, что вулканические горячие точки примерно на 100-300 градусов Цельсия (180-540 F) горячее, чем срединно-океанические хребты, где магма поднимается, когда тектонические плиты расходятся под водой. Это подтверждало мнение о том, что горячие точки нагреваются веществом из горячего ядра Земли, а срединно-океанические хребты - более холодной мантийной породой. Теперь ученые обнаружили, что многие горячие точки значительно холоднее, чем считалось ранее, что ставит вопрос об их происхождении.
"Значительная часть горячих точек не вписывается в классическую модель плюмов", - сказал Ведран Лекич, сейсмолог из Мэрилендского университета в Колледж-Парке, который не принимал участия в данном исследовании.
В новом исследовании ученые проанализировали скорость сейсмических волн, проходящих через мантию под океаническими горячими точками и хребтами, чтобы оценить температуру в этих местах. (Сейсмические волны проходят быстрее через холодные породы).
Примерно 45% горячих точек более чем на 155 C (279 F) горячее, чем срединно-океанические хребты. Однако около 40% из них всего на 50-136 C (90-245 F) горячее, чем срединно-океанические хребты, не особенно горячие и поэтому недостаточно плавучие, чтобы поддерживать активный подъем породы из глубинной мантии. Более того, примерно 15% горячих точек особенно холодны, всего на 36 C или меньше, чем срединно-океанические хребты.
Чтобы пролить свет на происхождение этих различных разновидностей горячих точек, ученые также изучили соотношение более редкого гелия-3 и более распространенного гелия-4 в их породе. (Атомные ядра гелия-3 имеют только один нейтрон, в то время как ядра гелия-4 - два).
Гелий, обнаруженный в земной коре, в основном состоит из гелия-4, образующегося в результате распада урана и других радиоактивных изотопов с течением времени, в то время как гелий из глубин Земли более богат гелием-3, вероятно, из резервуаров древнего материала, сохранившего первоначальное соотношение между этими изотопами в первые дни существования Земли. Исследователи обнаружили, что в горячих горячих точках соотношение гелия-3 и гелия-4 намного выше, чем в холодных горячих точках.
Хотя классическая модель возникновения горячих точек из плюмов, поднимающихся из глубокой мантии, может объяснить горячие точки, включая большинство известных, таких как те, что лежат под Гавайями, Исландией, Галапагосами, Самоа и островом Пасхи, "возможно, правда в том, что лишь немногие горячие точки действительно ведут себя так, как наша классическая модель мантийных плюмов и горячих точек", - сказала соавтор исследования Каролина Литгоу-Бертеллони, геодинамик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
"Это подтверждает то, что некоторые исследователи утверждали ранее, а именно, что термин "горячая точка" вводит в заблуждение и что вулканы, которые не вписываются в тектоническую парадигму плит, скорее следует называть "аномалиями плавления", - сказал сейсмолог Росс Магуайр из Университета Нью-Мексико, который не принимал участия в этом исследовании.
Более холодные горячие точки могут возникать в верхней мантии, или из медленно движущихся глубинных плюмов, которые имеют больше времени для охлаждения, или из глубинных плюмов, которые взаимодействуют с вихревыми мантийными породами и охлаждаются ими". "Если это действительно так, то геодинамикам будет непросто объяснить такой результат", - сказал Бернхард Штайнбергер, геодинамик из Немецкого исследовательского центра геонаук в Потсдаме, который не принимал участия в этой работе. "Эти результаты, несомненно, дадут толчок новым исследованиям"
В целом, "классический взгляд на плюмы не столько ошибочен, сколько более сложен, чем это представлялось 30-50 лет назад", - сказала Литгоу-Бертеллони. Напротив, эта работа "указывает на гораздо большее разнообразие плюмов", - сказал Стейнбергер. "Это похоже на то, как если бы вы получили новый крупный план планеты или луны. У нее есть несколько совершенно неожиданных особенностей. Но она все равно круглая".
По словам Литгоу-Бертеллони, в будущем ученые хотели бы более детально проанализировать каждую горячую точку, чтобы получить еще более точное представление об их температуре. Они также намерены провести больше компьютерных симуляций, проверяя различные сценарии похолодания горячих точек, добавила она.
