Исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Nature Communications, показывает, что возвышение Южного Тибета было достигнуто в основном за 10 миллионов лет. Тектоническое столкновение континентальной Индии с Азией началось около 45 миллионов лет назад.«Особенности, которые мы видим на нашем томографическом изображении, очень отличаются от того, что мы видели до того, как использовались традиционные методы сейсмической инверсии», — сказал Мин Чен, научный сотрудник Райса, возглавлявший проект. «Поскольку мы использовали полную инверсию формы волны для ассимиляции большого набора сейсмических данных, мы смогли более четко увидеть, как литосфера верхней мантии под Южным Тибетом отличается от литосферы в окружающем регионе. Наше сейсмическое изображение предполагает, что тибетская литосфера утолщалась и формировалась более плотный корень, который откололся и погрузился глубже в мантию.
Мы заключаем, что большая часть поднятия через Южный Тибет, вероятно, произошла, когда этот литосферный корень откололся ».Исследование может помочь ответить на давние вопросы о формировании Тибета.
Тибетское плато, известное как «Крыша мира», находится на высоте более трех миль над уровнем моря. Основная история его создания — тектоническое столкновение между Индийским и Евразийским континентами — хорошо известна школьникам во всем мире, но конкретные детали так и остались неуловимыми. Например, что заставляет плато подниматься и как его большая высота влияет на климат Земли?«Ведущая теория утверждает, что плато непрерывно поднималось после того, как началось столкновение континентов между Индией и Евразией, и что плато поддерживается движением Индийской плиты на север, которое заставляет плато сокращаться по горизонтали и одновременно двигаться вверх», — говорится в исследовании. — автор Фэнлинь Ню, профессор наук о Земле из Райса. «Наши результаты подтверждают другой сценарий — более быстрое и импульсное поднятие Южного Тибета».
Чену и его коллегам потребовалось три года, чтобы завершить свою томографическую модель земной коры и структуры верхней мантии под Тибетом. Модель основана на показаниях тысяч сейсмических станций в Китае, Японии и других странах Восточной Азии. Сейсмометры регистрируют время прихода и амплитуду сейсмических волн, импульсов энергии, которые выделяются землетрясениями и проходят через Землю. Время прибытия сейсмической волны на конкретный сейсмометр зависит от того, через какой тип породы она прошла.
Работа в обратном направлении от показаний приборов для расчета факторов, которые их породили, — это то, что ученые называют обратной задачей, а обратные сейсмологические задачи с полными формами волн, включающими все виды пригодных для использования сейсмических волн, являются одними из самых сложных обратных задач, которые необходимо решить.По ее словам, Чен и его коллеги использовали метод, называемый полной инверсией формы волны, «итеративным методом полного согласования формы волны, который использует сложный числовой код, требующий параллельных вычислений на суперкомпьютерах».«Эта техника действительно позволяет нам использовать все колебания на большом количестве сейсмографов, чтобы построить более реалистичную трехмерную модель недр Земли, почти так же, как киты или летучие мыши используют эхолокацию», — сказала она. «Сейсмические станции подобны ушам животных, но эхо, которое они слышат, — это сейсмическая волна, которая либо прошла через подземные объекты Земли, либо отразилась от них».
Томографическая модель включает детали на глубине около 500 миль под Тибетом и Гималаями. Модель была рассчитана на вычислительном кластере DAVinCI Райс и на суперкомпьютерах Техасского университета, которые являются частью среды исследований экстремальных наук и инженерии (XSEDE) Национального научного фонда.«Механизм, который привел к подъему Южного Тибета, называется утолщением и опусканием литосферы», — сказал Чен. "Это произошло из-за сближения двух континентальных плит, каждая из которых является плавучей, и их нелегко погрузить под другую плиту.
Одна из плит, в данном случае на тибетской стороне, была более деформируемой, чем другая, и начала деформироваться. около 45 миллионов лет назад, когда началось столкновение. Кора и жесткая крышка верхней мантии — литосфера — деформировались и утолщились, а более плотная нижняя часть этой утолщенной литосферы в конечном итоге провалилась или откололась от остальной части литосферы. Сегодня в нашей модели мы можем видеть Т-образный участок этой затонувшей литосферы, который простирается с глубины примерно 250 километров до как минимум 660 километров ».
Чен сказал, что после того, как более плотный корень литосферы откололся, оставшаяся литосфера под Южным Тибетом в ответ испытала быстрое поднятие.«Т-образный кусок затонувшей литосферы погрузился глубже в мантию, а также вызвал горячий апвеллинг астеносферы, который приводит к поверхностному магматизму в Южном Тибете», — сказала она.
Такой магматизм задокументирован в летописи горных пород региона, начиная примерно 30 миллионов лет назад в эпоху, известную как олигоцен.«Пространственная корреляция между нашей томографической моделью и олигоценовым магматизмом предполагает, что поднятие Южного Тибета произошло за относительно короткий геологический период, который мог составить всего 5 миллионов лет», — сказал Чен.