Сбой в моделях субдукции: геологические данные из Папуа-Новой Гвинеи

Находка породы из Папуа-Новой Гвинеи ставит под сомнение современные представления о процессах, влияющих на сейсмичность, вулканизм и климат. В зонах субдукции, где одна тектоническая плита погружается под другую, происходит рециркуляция молекул углекислого газа, стабилизирующая климат Земли на протяжении миллионов лет. Однако данные указывают на существенные расхождения в понимании температурных режимов внутри этих зон.

Реконструкция пути погружения

Международная группа исследователей под руководством Георгийского университета (Геттинген) проанализировала эклогит — породу красно-зеленого цвета, формирующуюся при высоких давлениях в зонах субдукции. Минералы внутри образца сохранили следы условий, которые он испытывал на глубине. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Комбинация аналитических методов позволила обнаружить микроскопические включения коэсита, запертые внутри другого минерала в момент формирования породы. Коэсит требует для своего образования экстремально высокого давления. Его наличие подтверждает, что образец достиг глубины не менее 90 километров (около 56 миль), где температура составляла примерно 800°C (1470°F).

Аномалия на средней глубине

Ключевое открытие касается условий на промежуточной глубине. На отметке около 45 километров (28 миль) порода была лишь на 100°C холоднее, чем на максимальной глубине, что соответствует разнице в 180°F. Это означает, что уже на половине пути вниз температура достигала приблизительно 700°C (1290°F). Подобные условия для такой малой глубины являются необычно горячими.

В то же время параметры на большой глубине соответствуют более распространенному «относительно холодному» паттерну субдукции. Термин «холодный» здесь не подразумевает остывание породы во время погружения; он указывает на то, что температура была ниже относительно глубины по сравнению с начальным этапом путешествия. Доктор Ян Шёниг из Центра наук о Земле Геттингенского университета отмечает: «Обнаружение этого перехода от горячей к холодной субдукции стало неожиданностью, так как оно противоречит нашим текущим термическим моделям зон субдукции».

Причины теплового избытка

Хотя ранее находились породы, записавшие неожиданно высокие температуры, данный случай является первым, когда путь от мелководных до глубоких условий четко демонстрирует сопутствующий сдвиг к относительно более низким температурам для данной глубины. Ученые предлагают два объяснения избыточного тепла на малых глубинах.

Первая гипотеза предполагает, что напряжение сдвига, возникающее при движении плит друг относительно друга, нагревает породы на небольших глубинах сильнее, чем считалось ранее. Вторая версия заключается в том, что зона субдукции еще не успела сформировать ожидаемые там более низкие температуры. Оба процесса могли способствовать наблюдаемому эффекту.

Более точное понимание температурных режимов поможет исследователям оценить влияние субдукции на землетрясения, вулканическую активность и перемещение химических веществ через недра Земли, включая долгосрочный углеродный цикл. Также это прояснит механизмы работы субдукции на протяжении миллионов и миллиардов лет и ее современное состояние. Исследование финансировалось Немецким научно-исследовательским фондом (DFG).