Новые результаты также ставят под сомнение теорию о том, что подводные горные хребты, известные как срединно-океанические хребты, являются пассивными границами между движущимися плитами. Полученные данные показывают, что Восточно-Тихоокеанское поднятие, доминирующий срединно-океанический хребет Земли, является динамичным по мере передачи тепла.Дэвид Б. Роули, профессор геофизических наук Чикагского университета, и его коллеги-исследователи пришли к такому выводу, объединив наблюдения Восточно-Тихоокеанского поднятия с результатами моделирования мантийного потока там.
Результаты были опубликованы 23 декабря в Science Advances.«Мы видим сильную поддержку значительного вклада глубинной мантии в динамику теплоотдачи плит в Тихоокеанском полушарии», — сказал Роули, ведущий автор статьи. «Тепло от основания мантии вносит значительный вклад в силу теплового потока в мантии и в результирующую тектонику плит».
По оценкам исследователей, примерно 50 процентов динамики плит обусловлено теплом от ядра Земли и 20 тераватт теплового потока между ядром и мантией.В отличие от большинства других срединно-океанических хребтов, Восточно-Тихоокеанское поднятие в целом не перемещалось с востока на запад в течение 50–80 миллионов лет, даже несмотря на то, что его части распространялись асимметрично. Эту динамику нельзя объяснить исключительно субдукцией — процессом, при котором одна плита перемещается под другую или опускается. Исследователи приписывают это явление плавучести, создаваемой теплом, исходящим из недр Земли.
«Восточно-Тихоокеанское поднятие стабильно, потому что поток, исходящий из глубокой мантии, захватил его», — сказал Роули. «Эта стабильность напрямую связана с подъемом в мантии и управляется им», или выделением тепла из ядра Земли через мантию на поверхность.Он добавил, что Срединно-Атлантический хребет, особенно в Южной Атлантике, также может иметь прямое соединение с глубинным мантийным потоком.
«Последствия этого исследования очень важны для всех ученых, работающих над динамикой Земли, включая тектонику плит, сейсмическую активность и вулканизм», — сказал Жан Браун из Немецкого исследовательского центра наук о Земле, который не принимал участия в исследовании.Силы в действииКонвекция, или поток материала мантии, переносящий тепло, движет тектоникой плит. Как предполагалось в текущем исследовании, нагрев в основании мантии снижает плотность материала, придавая ему плавучесть и заставляя его подниматься через мантию и соединяться с вышележащими плитами, примыкающими к Восточно-Тихоокеанскому поднятию.
Глубокая плавучесть мантии, вместе с охлаждением плит на поверхности, создает отрицательную плавучесть, что вместе объясняет наблюдения вдоль Восточно-Тихоокеанского поднятия и окружающих зон субдукции Тихого океана.Споры о происхождении движущих сил тектоники плит начались в начале 1970-х годов.
Ученые задаются вопросом: является ли плавучесть, приводящая в движение плиты, в первую очередь, результатом охлаждения плит на поверхности, по аналогии с охлаждением и опрокидыванием озер зимой? Или существует ли также источник положительной плавучести, возникающий из-за тепла у основания мантии, связанного с теплом, извлекаемым из ядра, и, если да, то насколько он способствует движению плит? Последняя теория аналогична приготовлению овсянки: тепло внизу заставляет овсянку подниматься, а потеря тепла вдоль верхней поверхности охлаждает овсянку, заставляя ее опускаться.До сих пор большинство оценок отдавало предпочтение первому сценарию с небольшим вкладом плавучести, возникающим из-за высокой температуры в основании, или ее отсутствием.
Новые результаты предполагают, что второй сценарий необходим для учета наблюдений и что оба источника плавучести, движущей плиты, дают примерно равный вклад, по крайней мере, в бассейне Тихого океана.«Основываясь на наших моделях мантийной конвекции, мантия может отводить от ядра до половины общего конвективного теплового баланса Земли», — сказал Роули.
За последние четыре десятилетия было выполнено много работы по представлению мантийной конвекции с помощью компьютерного моделирования. По словам исследователей, теперь модели должны быть пересмотрены, чтобы учесть апвеллинг мантии.
«Смысл нашей работы состоит в том, что учебники необходимо будет переписать», — сказал Роули.Браун сказал, что это исследование может иметь более широкое значение для понимания формирования Земли. «Это имеет важные последствия для теплового баланса Земли и так называемого« секулярного охлаждения »ядра. Если тепло, исходящее от ядра, более важно, чем мы думали, это означает, что общее тепло, первоначально сохраненное в ядре, составляет намного больше, чем мы думали.
«Кроме того, магнитное поле Земли создается потоком в жидком ядре, поэтому выводы Роули и соавторов, вероятно, будут иметь значение для нашего понимания существования, характера и амплитуды магнитного поля Земли и его эволюции. через геологическое время ", — добавил Браун.
