Континенты Земли медленно перемещаются по поверхности планеты из-за тектоники плит, достигая кульминации в областях расширения и столкновения земной коры. В последнем случае высокие температуры и давления приводят к переработке коры, влияя на ее состав, а также на состав подстилающей мантии. Кроме того, когда сталкиваются две континентальные плиты, образуются отчетливые топографические особенности, а именно горные хребты, которые являются поверхностными проявлениями утолщенной земной коры.
Три такие зоны столкновения образуют Гималайско-Тибетское плато, Европейские Альпы и горы Загрос в Иране, Ираке и Турции, возникшие в кайнозое (последние 66 миллионов лет). Новое исследование, опубликованное в Earth and Planetary Science Letters, попыталось количественно оценить количество континентальной коры, потерянной в мантии, когда две плиты сталкиваются на каждой из этих границ.
Для этого Цзыи Чжу, научный сотрудник Университета Монаша (Австралия), и его коллеги разработали теоретическую модель баланса массы и объема континентальной коры и сравнили количество укороченной коры с корой, которая утолщается по вертикали, выдавливается вбок и подвергается эрозии на поверхности.
«Представьте себе сжатие мягкой плитки шоколада: сжатый материал (горизонтальное сокращение) образует кучу (вертикальное утолщение)», - объясняет Чжу, упрощая полезность каждого из этих параметров в расчетах. «Кроме того, кора может двигаться в направлениях, перпендикулярных сжатию (выдавливанию) или подвергаться эрозии. Если масса коры сохраняется, масса укороченной коры должна уравновешиваться массой утолщенной коры, а также любой корой, потерянной в результате эрозии или боковой экструзии. Любой дисбаланс указывает на то, что утраченная кора, вероятно, погружается в мантию».
Исследовательская группа установила, что не менее 30% континентальной коры было потеряно в мантии во время формирования Гималайско-Тибетского плато и гор Загрос (потенциально до 64% для последнего, в зависимости от первоначальной толщины коры), в то время как до 50% объема Альп могло быть уничтожено. Важно, что эта потеря в мантии имела вдвое более разрушительный эффект, чем поверхностная эрозия, которая оценивается на основе объемов конусов выноса осадков, связанных с каждым горным хребтом.
«Наше исследование количественно определяет объем земной коры, ушедший в мантию во время столкновений континентов, таких как те, которые сформировали Гималаи. Хотя широко известно, что эрозия массивных Гималайских гор создала крупнейший и второй по величине осадочные конусы выноса на Земле (Бенгальский и Индский конусы выноса), наши результаты показывают, что потеря земной коры в мантию на самом деле вдвое превышает поверхностную эрозию», - рассказывает Чжу.
Чжу объясняет, что расслоение является вероятным механизмом, ответственным за переработку земной коры во время формирования Гималайско-Тибетского нагорья.
Этот процесс включает быстрое погружение или отделение нижней континентальной литосферы в мантию, вызванное повышенной плотностью эклогитов, которые образовались у основания корней гор. Свидетельства расслоения включают образование калийно-адакитовых пород, чьи глубинные геохимические характеристики указывают на то, что они были созданы теплом от восходящей горячей астеносферы (расплавленной части мантии Земли) после расслоения корней гор.
«Главным следствием расслоения густых горных корней является быстрый подъем горного хребта выше. Представьте себе кусок плавающего дерева с прикрепленным под ним слоем железа, который частично его затапливает; если слой железа отсоединится и утонет, дерево всплывет на поверхность», - пояснил он. «В Гималайском регионе этот быстрый подъем, вызванный расслоением, соответствующий возрасту калийно-адакитовых пород, совпадает с началом интенсивных муссонных осадков около 22 миллионов лет назад. Это подчеркивает связь между глубинными процессами в земной коре и изменением климата на поверхности во время формирования горного пояса в результате столкновения континентов».
В частности, с начала формирования Гималайско-Тибетского плато примерно 59 миллионов лет назад реконструкции плит предполагают, что Индия и Азия сблизились примерно на 3000 км, хотя только 1000-2000 км из этого можно отнести к сокращению земной коры. Остальное, как считается, не сохранилось в горной породе, а приписывается части континентальной коры, которая была субдуцирована или расслоена в мантию, известную как Большая Индия.
Между тем, орогенез европейских Альп начал формироваться около 35 миллионов лет назад, при этом половина объема коры потенциально была разрушена. Эта потеря может быть вызвана субдукцией нижней континентальной коры в мантию, как качественно описано в предыдущих исследованиях.
В то же время горы Загрос начали формироваться при столкновении Аравии и Евразии. Здесь орогеническая потеря объясняется комбинацией факторов, включая потерю континентальной окраины с отделившейся океанической плитой, континентальную субдукцию и капание, процесс, при котором «капли» континентальной коры капают с ее основания.
«Горные хребты, образовавшиеся в результате столкновений континентов, также формировались и в более ранние геологические периоды, особенно во время образования суперконтинентов, когда огромные континентальные массы объединялись (например, столкновение Восточной и Западной Гондваны создало огромный горный пояс, известный как Трансгондванские супергоры, около 500 миллионов лет назад)», — объясняет Чжу. «Следовательно, если бы имели место аналогичные процессы орогенической потери, как это наблюдается на Гималайско-Тибетском плато, в Европейских Альпах и горах Загрос, значительные объемы континентальных материалов были бы повторно использованы в мантии во время горообразования, «загрязняя» мантию на протяжении миллиардов лет в ходе прошлых суперконтинентальных циклов».
