Водопад Малетсуньяне в высокогорье Лесото демонстрирует, как река может размыть глубокие долины и превратить их в возвышенные земли.
Учитывая, как долго люди живут на Земле, удивительно, как много мы все еще узнаем о том, как она работает. Например, теория тектоники плит — о том, что поверхность планеты состоит из каменистых плит, которые перемещаются в течение геологического времени — не была широко принята до середины 1960-х годов.
Теперь новое исследование основывается на этой теории, предполагая, что распад древнего континента вызвал рябь в недрах Земли, которая отражалась в течение миллионов лет. Эти волны создали драматические платообразные ландшафты в удивительных местах, таких как Южная Африка, Бразилия и Индия, согласно исследованию, опубликованному на прошлой неделе в журнале Природа.
Края тектонических плит известны захватывающими геологическими событиями, которые там происходят — дробящие, шлифующие и дрейфующие силы в этих швах создают вулканы, генерируют землетрясения и формируют горы или впадины. Внутренние регионы массивных плит, тем временем, считаются более стабильными — но по всему миру в этих областях образовались потрясающие высокогорья.
«Ученые давно подозревали, что крутые топографические особенности высотой в километр, называемые Великими уступами, — как классический пример, опоясывающий Южную Африку, — образуются, когда континенты раскалываются и в конечном итоге разделяются», — говорится в заявлении ведущего автора Томаса Джернона, геолога из Университета Саутгемптона в Англии. «Однако объяснить, почему внутренние части континентов, далекие от таких уступов, поднимаются и подвергаются эрозии, оказалось гораздо сложнее».
Исследователи теперь нашли объяснение этим образованиям — и история начинается с распада древнего суперконтинента. Этот рифтинг деформирует континентальную кору, инициируя движение в мантии Земли под ней.
«Это как растягивать ириску», — говорит Джернон Тому Ховарту из BBC Science Focus. «Вы получаете эту деформацию в середине, где корка становится тоньше. Это вызывает подъем горячего материала снизу».
После того, как этот материал поднимается к основанию коры, он остывает и начинает тонуть. Это конвективное движение посылает волны через горячую, каменистую мантию, которая находится под хрупким верхним слоем Земли. Эти волны распространяются наружу чрезвычайно медленно, со скоростью 15-20 километров за миллион лет.
По мере своего движения горячие мантийные породы сдирают плотные нижние слои континентов, оставляя после себя более легкий материал. Затем вновь всплывшие континенты поднимаются более чем на километр выше своей предыдущей высоты. Со временем эрозия от ветра и воды срезает еще больше камня с возвышенности, делая ее еще легче и способной подняться немного выше.
Бразильское нагорье (вверху) отделилось от Южной Африки, когда распался древний суперконтинент Гондвана.
Чтобы прийти к этим выводам, исследователи использовали компьютерную модель для моделирования мантийных волн, порожденных распадом древнего суперконтинента Гондвана примерно 140 миллионов лет назад. Затем они проверили модель, изучив топографические карты высокогорий по всему миру, чтобы подтвердить, что расположение внутренних плато соответствует прогнозам модели.
Они также проанализировали опубликованные геологические данные из более чем 60 мест в высокогорьях Южной Африки и Бразилии, которые могли быть связаны друг с другом до того, как суперконтинент раскололся. Эти данные отслеживали, как породы охлаждались в течение миллионов лет. Момент самого быстрого охлаждения — соответствующий максимальному подъему высокогорья — совпадал с прогнозируемым моделью движением волн мантии.
«Когда я придумываю модель, мне нравится пытаться ее убить», — рассказывает Джернон. НаукаХанна Рихтер. Однако эта модель «еще жива».
Он добавляет, что в будущих исследованиях можно будет изучить распады других массивов суши, чтобы выяснить, применимы ли полученные результаты в более широких масштабах.
Стив Джонс, геолог из Университета Бирмингема в Англии и соавтор исследования, говорит, что эти мантийные волны могут быть важны для развития многих других частей истории Земли, а не только живописных высокогорий. «У нас есть убедительный аргумент в пользу того, что рифтинг может, при определенных обстоятельствах, напрямую генерировать долгоживущие конвективные ячейки континентального масштаба в верхней мантии», — говорит он в заявлении, «и эти инициированные рифтом конвективные системы оказывают глубокое влияние на топографию поверхности Земли, эрозию, седиментацию и распределение природных ресурсов».
Жернон добавляет, что «дестабилизация ядер континентов, должно быть, также повлияла на древний климат».
Другие геологи взволнованы результатами. Скотт Кинг, геофизик из Virginia Tech, который не принимал участия в новом исследовании, рассказывает Наука что исследователи иногда преувеличивают важность своих результатов. Но не эта команда, говорит он. «Я думаю, в этом случае они, возможно, не сделали столько шуму… как могли бы».
