Континентальные конфигурации Земли кардинально изменились за миллиарды лет ее истории, изменив не только их положение на планете, но и топографию, поскольку расширение и сжатие коры оставили след на ландшафте. Некоторые области континентальной коры сохраняли долгосрочную стабильность с самого начала истории Земли, с небольшими разрушениями от тектонических событий или мантийной конвекции, известные как кратоны.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience , были рассмотрены механизмы, посредством которых эти кратоны могли деформироваться. Этот процесс называется декратонизацией.
Хотя в качестве возможных причин предлагались субдукция (когда более плотная тектоническая плита задвигается под другую в лежащую под ней мантию, где она плавится) и глубокие мантийные плюмы (когда часть мантии поднимается на поверхность из-за своей плавучести и термически разрушает кору), механизмы, управляющие деформацией и последующим разрушением кратонов Земли, остаются неясными.
Профессор Шаофэн Лю из Китайского университета геологических наук и его коллеги исследовали распад одного конкретного кратона на протяжении 200 миллионов лет.
Для этого исследовательская группа рассмотрела Северо-Китайский кратон (NCC), западную часть Тихого океана, начиная со среднего мезозоя (168 миллионов лет назад, Ma), используя четырехмерные модели мантийного течения системы плита-мантия Земли. Это включало данные об эволюции рельефа поверхности, деформации литосферы (коры и верхней мантии) и сейсмической томографии (метод, который использует сейсмические волны для создания трехмерных моделей недр Земли).
Они выделили два этапа основных изменений для NCC, которые привели к его деформации с течением времени. Первоначально субдукция неглубоко погружающейся океанической плиты Изанаги (субдукция плоской плиты) с востока привела к утолщению перекрывающей коры NCC Евразийской плиты, поскольку она была укорочена из-за сжатия суши и образовала топографические возвышенности (т. е. горные хребты, самая дальняя часть которых представлена горами Тайхан на поверхности). Это произошло из-за движения Евразийской плиты на восток в темпе.
Последующая фаза быстрого отката плоской плиты (когда субдуцирующая плита отступает обратно к поверхности) привела к расширению литосферы и ее истончению на 26% по сравнению с ее первоначальной толщиной. Это произошло из-за того, что движение СКК изменилось с восточного на южное, что замедлило сближение двух плит.
Эти два этапа происходили в течение миллионов лет в несколько фаз, начиная с северо-восточного надвига (более старые породы надвигались на более молодые породы) и транспрессионных (горизонтальное смещение пород с дополнительным сокращением перпендикулярно движению) разломов в юрском и раннем меловом периодах (с начала изучаемого периода около 200 млн лет назад до 136 млн лет назад).
Начиная с 136 млн лет назад произошло несколько эпизодов растяжения земной коры, после чего оно было прервано сжатием в период 93–80 млн лет назад в позднем меловом периоде, после чего растяжение продолжалось вплоть до наших дней, что в конечном итоге привело к распаду кратона.
Для подтверждения этих результатов ученые разработали три модели потоков, позволяющие реконструировать тектоническую историю региона на основе прогнозов их структур в настоящее время и сравнения с данными сейсмической томографии.
Проверенная модель отката плоской плиты точно воспроизвела плиту шириной 4000 км и глубиной до 660 км в пределах переходной зоны мантии, которая в конечном итоге сформировала большой мантийный клин.
Эта особенность подтверждается данными вулканических пород, которые наблюдаются сегодня, когда карбонаты повторно использовались из субдуцированной плиты в верхней мантии, образуя характерный карбонатизированный перидотит. За десятки миллионов лет этот мантийный клин в конечном итоге исчез по мере того, как откат плиты продолжался.
Декратонизация Северного Калифорнийского хребта — не единичное событие: профессор Лю предполагает, что и в других районах планеты могли происходить схожие процессы с локальными различиями, и это является предметом дальнейших исследований.
«Североамериканский кратон, Южноамериканский кратон и кратон Янцзы в Китае могли испытать схожую деформацию. Все они могли испытать раннюю субдукцию плоской плиты. Однако в кратоне Янцзы могла произойти интенсивная последующая субдукция с откатом. Напротив, Североамериканский кратон претерпел отступание впадины после субдукции плоской плиты, но не продемонстрировал значительного отката плиты».
В целом, это исследование подчеркивает, что кратоны во внутренних частях континентов с меньшей вероятностью будут дестабилизированы по сравнению с кратонами, расположенными вблизи границ плит, которые со временем могут быть подвержены процессам субдукции и отката.
«Древняя литосфера может быть разрушена, и этот распад может быть вызван особой формой субдукции, происходящей вблизи океанических плит, что показывает, как развивались континенты на протяжении истории Земли», — заключает профессор Лю.
