Но, как и в прошлом, исследователи Земли до сих пор не понимают, что в первую очередь спровоцировало тектонику плит и как образовалась первая зона субдукции. Слабое место в литосфере Земли было необходимо для того, чтобы части земной коры начали спускаться в мантию Земли. Было ли это слабое место вызвано гигантским метеоритом, который фактически пробил дыру в литосфере Земли?
Или силы мантийной конвекции разделили литосферу на движущиеся части?Венера как модельГерию не устраивает ни одно из этих возможных объяснений. «Нетривиальные выводы о том, что привело в движение тектонические движения», — говорит он.
Поэтому профессор ETH решил найти новое правдоподобное объяснение.Среди прочего, он черпал вдохновение в исследованиях поверхности планеты Венера, на которой никогда не было тектоники плит.
Герия наблюдала (и смоделировала) огромные кратероподобные круги (короны) на Венере, которые, возможно, также существовали на поверхности Земли в ранний период (докембрийский) истории Земли, еще до того, как началась тектоника плит. Эти структуры могут указывать на то, что мантийные плюмы когда-то поднимались от железного ядра Венеры к внешнему слою, тем самым смягчая и ослабляя поверхность планеты.
Плюмы образуются в глубине планеты. Они поднимаются к литосфере, принося с собой горячий частично расплавленный мантийный материал, который вызывает ослабление и деформацию литосферы.
Остановленный сопротивлением твердой литосферы, материал начинает распространяться, принимая форму гриба.Такие шлейфы, вероятно, также существовали внутри Земли и могли создать слабые места в литосфере Земли, необходимые для начала тектоники плит на Земле.
Перья мантии создают слабостиГеофизик ETH работал со своей командой над разработкой новых компьютерных моделей, которые он затем использовал для исследования этой идеи впервые в высоком разрешении и в 3D.
Соответствующая публикация недавно была опубликована в журнале Nature.Моделирование показывает, что мантийные плюмы и создаваемые ими слабые места могли фактически инициировать первые зоны субдукции.
В моделировании шлейф ослабляет вышележащую литосферу и образует круглую, истончающуюся слабую точку диаметром от нескольких десятков до сотен километров. Это растягивается с течением времени из-за поступления горячего материала из глубокой мантии. «Чтобы кольцо стало больше, нужно его разорвать», — поясняет исследователь.
Это также относится к поверхности Земли: кольцевые слабые места могут (в модели) увеличиваться и уменьшаться только в том случае, если края порваны.Вода смазывает край пластиныРазрывы растекаются по литосфере, большие плиты более тяжелой жесткой литосферы погружаются в мягкую мантию, и появляются края первой плиты.
Напряжение, создаваемое погружающимися плитами, в конечном итоге приводит плиты в движение. Они ныряют, хорошо смазанные закопанной морской водой океана наверху. Началась субдукция, а вместе с ней и тектоника плит. «Вода действует как смазка и абсолютно необходима для инициирования самоподдерживающейся субдукции», — говорит Герия.
В своих симуляциях исследователи сравнивают различные температурные условия и состояния литосферы. Они пришли к выводу, что тектоника плит, вызванная плюмом, вполне могла развиваться в условиях, которые преобладали в докембрии около трех миллиардов лет назад. В то время литосфера Земли была уже толстой и холодной, но мантия все еще была очень горячей, обеспечивая достаточно энергии, чтобы значительно ослабить литосферу над шлейфами.Если бы литосфера была тонкой и теплой и, следовательно, мягкой, моделирование показало, что вокруг головы плюма просто образовалась бы кольцеобразная быстро нисходящая структура, называемая каплей.
Хотя это неуклонно погружалось бы в мантию, это не привело бы к субдукции и разрыву мягкой литосферы и, следовательно, не привело бы к образованию границ плит. Точно так же компьютерное моделирование показало, что в сегодняшних условиях, когда разница температур между литосферой и веществом плюма меньше, субдукцию, вызванную плюмом, трудно инициировать, потому что литосфера уже слишком жесткая, а плюмы едва ли могут ослабить ее в достаточной степени.
Доминирующий механизм«Наши новые модели объясняют, как возникла тектоника плит», — говорит геофизик. Активности шлейфа было достаточно, чтобы дать начало современной мозаике плит. Он называет мощь плюмов главным спусковым крючком глобальной тектоники плит.Моделирование также может объяснить, как так называемые тройные стыки, то есть зоны, в которых три плиты сходятся вместе, зарождаются в результате разнонаправленного растяжения литосферы, вызванного шлейфами.
Один из таких примеров тройного перекрестка можно найти в районе Африканского Рога, где встречаются Эфиопия, Эритрея и Джибути.Возможная зона ослабления плюма, аналогичная отправной точке для глобальной тектоники плит, вероятно, существует в современном мире: исследователи видят такую зону в Карибской плите.
Его форма, расположение и распространение в значительной степени соответствуют моделированию новой модели.В самом деле, возможно, невозможно доказать, как глобальная тектоника плит началась на Земле, основываясь исключительно на наблюдениях: нет геофизических данных и имеется лишь небольшой объем геологических данных за первые годы существования Земли, а лабораторные эксперименты невозможны для чрезвычайно крупномасштабных и очень долгосрочные тектонические процессы, говорит исследователь ETH. «Поэтому компьютерные модели — это единственный способ воспроизвести и понять события ранней истории Земли».