Согласно новому исследованию, мантия Земли разделена Тихоокеанским огненным кольцом — древним расколом, отражающим создание и разрушение суперконтинента Пангея.
Один из этих разделов содержит большую часть суши Земли. Называемый Африканским доменом, он простирается от восточного побережья Азии и Австралии через Европу, Африку и Атлантику до западного побережья Северной Америки. Другой раздел, Тихоокеанский домен, охватывает Тихий океан. Под Африканским доменом мантия полна множества элементов и их вариаций (называемых изотопами), с гораздо большим разнообразием, чем Тихоокеанский домен, согласно новому исследованию.
Это отражает последние два цикла суперконтинентов примерно за последний миллиард лет, рассказал соавтор исследования Люк Дусе из Университета Кертина в Австралии. В тот период времени существовало два суперконтинента: первый — Родиния, который образовался около 1,2 миллиарда лет назад и распался примерно 750 миллионов лет назад, и Пангея, которая образовалась около 335 миллионов лет назад и распалась около 200 миллионов лет назад.
«То, что мы наблюдаем сегодня, по сути, произошло во время перехода от Родинии к Пангее, а затем и во время распада Пангеи», — сказал Дусе.
Эти суперконтиненты объединились на территории, которая сейчас является территорией Африки. Когда океаны сомкнулись между ними, океаническая кора скользнула под континенты — этот процесс известен как субдукция — иногда увлекая за собой континентальные породы. Это вытягивало элементы и изотопы из континентальной коры вниз в мантию под развивающимся суперконтинентом.
Этот геологический конвейер продолжился в несколько иной форме после того, как суперконтиненты были собраны: океаническая кора на краях Родинии, а позже и Пангеи, погрузилась под континентальную кору, снова размывая часть континентальной породы, когда тектонические плиты соприкасались друг с другом. Это создало эффект воронки, сказал Дусе.
«Вы концентрируете все под суперконтинентом», — сказал Дусе.
Даже после того, как Пангея распалась, эти сигнатуры сохранились как в глубокой, так и в неглубокой мантии, сообщили Дусе и его команда в журнале Nature Geoscience. В продолжение исследования 2020 года магмы из глубокой мантии Дусе и Чжэн-Сян Ли, почетный профессор Университета Кертина, сосредоточились на неглубокой мантийной магме в новом исследовании. Они изучили химию 3983 образцов из срединно-океанических хребтов, где тектонические плиты расходятся, а магма из неглубокой мантии просачивается и затвердевает, превращаясь в вулканическую породу или базальт.
Затем исследователи использовали машинное обучение для сравнения элементного и изотопного состава базальтов со всего мира и из тех же временных периодов. Как и в случае с магмой из глубоких мантийных источников, они обнаружили, что неглубокая мантия разделена на африканскую и тихоокеанскую области.
Результаты исследования проливают больше света на процессы, связывающие мантию и поверхность, сказал Дусе. Причина распада суперконтинентов не до конца понятна, но считается, что это связано с подъемом горячего мантийного материала из глубоких областей мантии, называемых крупными провинциями с низкой скоростью сдвига (LLSVP), или мантийными «сгустками». Существует два сгустка: один под тихоокеанским доменом и один под африканским доменом.
«Составы мантийных доменов отражают то, что происходит на поверхности, но также и то, что происходит очень глубоко», — сказал Дусе. Понимание этих процессов может помочь геологам определить, где могут быть сконцентрированы полезные мантийные материалы, в частности редкоземельные элементы, которые являются металлическими элементами, необходимыми для большинства технологий, которые мы используем каждый день. Процессы тектоники плит также отвечают за круговорот элементов, которые имеют решающее значение для жизни, таких как углерод и цинк, из глубин Земли на поверхность, что говорит о том, что активная планета важна для развития и поддержания жизни.
«Земля — единственная планета с тектоникой плит, о которой мы знаем на данный момент, — сказал Дусе, — и мы хотим понять, как работает вся эта система и почему она такая необычная».
