Точно так же, как мед медленно капает с ложки, части скалистого внешнего слоя земной оболочки непрерывно погружаются в более жидкий слой мантии планеты в течение миллионов лет. Известный как литосферное просачивание, этот процесс приводит к значительным деформациям на поверхности, таким как впадины, складчатость коры и нерегулярные возвышения.
Хотя этот процесс является относительно новой концепцией в области тектоники плит, насчитывающей десятилетия, было выявлено несколько примеров просачивания литосферы по всему миру. Теперь команда исследователей во главе с учеными из Университета Торонто подтвердила, что несколько областей в центральных Андах в Южной Америке образовались таким же образом.
“Мы подтвердили, что деформация на поверхности в районе гор Анд привела к тому, что большая часть литосферы под ней сошла лавиной”, — говорит Джулия Андерсен, кандидат наук на факультете наук о Земле в Университете Торонто и ведущий автор исследования, опубликованного в Communications Earth & Environment.
Литосферное капание происходит, когда части самого нижнего слоя внешней оболочки Земли утолщаются и начинают стекать в мантию ниже, когда нагреваются до определенной температуры.
Геологи использовали данные об осадочных породах для отслеживания изменений высоты поверхности Центральных Анд с эпохи миоцена примерно 18 миллионов лет назад. Сейсмическая визуализация позволяет получить удаленное изображение недр Земли, очень похожее на ультразвук для человеческого тела, освещая новый взгляд на капельные структуры литосферы.
“Учитывая огромные временные и протяженные масштабы, связанные с этими процессами — миллионы лет и сотни километров, — мы разработали инновационные трехмерные лабораторные эксперименты с использованием таких материалов, как песок, глина и силикон, для создания масштабных аналоговых моделей капельных процессов. Это было похоже на создание и разрушение тектонических горных поясов в песочнице, плавающих в моделируемом бассейне магмы — и все это при невероятно точных субмиллиметровых измерениях”, – делятся ученые.
Модели были сконструированы внутри резервуара из оргстекла с набором камер, расположенных над резервуаром и рядом с ним, чтобы фиксировать любые изменения. Резервуар сначала был заполнен полидиметилсилоксаном (PDMS) — силиконовой полимерной жидкостью, примерно в 1000 раз более густой, чем столовый сироп, — чтобы служить нижней мантией Земли. Затем самый верхний твердый участок мантии был воспроизведен с использованием смеси PDMS и пластилина и помещен в резервуар поверх мантии. Наконец, слой, похожий на песок, сделанный из смеси точных керамических сфер и сфер из кремнезема, был уложен сверху, чтобы служить земной корой.
Специалисты активировали модель, вставив затравку высокой плотности в слой PDMS и моделирующей глины, чтобы инициировать каплю, которая впоследствии была потянута вниз под действием силы тяжести. Камеры снаружи резервуара работали непрерывно, снимая изображение с высоким разрешением примерно каждую минуту.
В исследовании представлены снимки, сделанные каждые 10 часов, чтобы проиллюстрировать прогресс капель.
Затем специалисты сопоставили размер капель и ущерб, нанесенный коре-копии, через определенные промежутки времени, чтобы увидеть, как их масштабные процессы совпадают с данными осадочных отложений рассматриваемых областей за миллионы лет.
“Мы сравнили результаты нашей модели с геофизическими и геологическими исследованиями, проведенными в Центральных Андах, особенно в бассейне Аризаро, и обнаружили, что изменения высоты земной коры, вызванные капелью, в наших моделях очень хорошо отслеживаются с изменениями высоты бассейна Аризаро. Также наблюдали укорочение земной коры со складками в модели, а также впадины, похожие на бассейны, на поверхности, поэтому мы уверены, что капель, скорее всего, является причиной наблюдаемых деформаций в Андах”, – рассказывают исследователи.
