Под многокилометровой толщей Тихого океана нет привычных ориентиров, по которым можно прочитать прошлое. Но у земной мантии есть собственный способ хранить историю движения. Сейсмологи обнаружили под одним из древнейших участков океанического дна сложный рисунок, который может отражать как современные потоки вещества, так и деформации далекого прошлого. Увидеть эту скрытую «память» помогли землетрясения и приборы на дне океана.
Земная поверхность разделена на тектонические плиты, которые медленно перемещаются, сталкиваются и расходятся. Под ними лежит мантия — преимущественно твердая горная порода, способная течь на огромных временных масштабах. Это не океан жидкой лавы: ее движение скорее напоминает чрезвычайно медленную деформацию твердого, но пластичного материала. За миллионы лет такие процессы меняют очертания континентов и океанов.
Океаническая кора постоянно обновляется: у срединно-океанических хребтов рождается новое дно, а в зонах субдукции старое уходит обратно в мантию. Поэтому она обычно намного моложе континентальной. Исключение — Тихоокеанский треугольник примерно в тысяче километров к востоку от Марианской впадины. Возраст его сохранившейся океанической коры оценивается в 160–180 миллионов лет.
Когда-то здесь встречались три расходящиеся границы плит, образуя тройное сочленение хребтов. Затем направления движения менялись, и участок оказался далеко от места своего формирования. Сохранилась ли в глубинных породах запись этих перестроек или современные процессы стерли ее? Этот вопрос изучили Ёнхи Ким из Сеульского национального университета и ее коллеги.
Ключом стала сейсмическая анизотропия — зависимость скорости распространения волн от направления. Представьте ткань с волокнами: вдоль нитей и поперек них механические воздействия передаются неодинаково. В верхней мантии похожий эффект создают кристаллы минералов, прежде всего оливина, которые ориентируются при длительной деформации породы. Их общая направленность влияет на сейсмические волны.
Особенно полезны поперечные волны землетрясений. В анизотропной среде волна может разделяться на две составляющие: одна проходит быстрее другой. Измерив направление быстрого колебания и задержку между компонентами, ученые узнают об организации минералов в глубине. Это похоже на чтение старой записи, только вместо букв исследователи расшифровывают колебания земной поверхности.
В 2018–2019 годах совместный корейско-японский эксперимент Oldest-1 использовал широкополосные донные сейсмометры, регистрировавшие сигналы удаленных землетрясений. Сопоставив данные приборов, ученые выяснили, как меняется направление сейсмического расщепления под древним дном. Картина оказалась сложнее, чем ожидалось, если учитывать только современное движение Тихоокеанской плиты.
В одних местах направления анизотропии соответствовали известным этапам перемещения плит, в других — заметно отличались. Возможно, здесь сосуществуют несколько поколений деформации. Часть ориентированных минеральных структур могла возникнуть давно и сохраниться в литосфере — жесткой оболочке из коры и верхней части мантии. Другие сигналы могут быть связаны с течением более глубокой мантии сегодня.
Дополнительную подсказку дала сейсмическая томография — метод построения моделей недр по скоростям волн. Ранее здесь обнаружили структуру, которую интерпретируют как погрузившийся фрагмент древней литосферы. Новые измерения выявили изменение направлений анизотропии рядом с ней. Возможно, мантийное течение огибает этот фрагмент, как вода обходит препятствие, хотя породы движутся несравнимо медленнее.
Возле подводной горы Магеллан и древнего тройного сочленения нашлись зоны без отчетливого сигнала расщепления. Одно из объяснений — местное восходящее движение мантии, которое нарушает общую ориентацию минералов. Но отсутствие ясного сигнала не доказывает существование восходящего потока: разные структуры могут перекрывать друг друга, а возможны и другие причины.
Поэтому открытие нельзя считать точной картой подземных рек, застывших 180 миллионов лет назад. Анизотропия показывает свойства пород, но установить возраст каждой деформации намного труднее. Авторы подчеркивают, что их объяснения не единственно возможные. Главное открытие — пространственно неоднородный рисунок, который не удается объяснить одним современным направлением движения плиты.
Теперь команда анализирует данные сети Oldest-2, установленной западнее, ближе к Марианской впадине. Сравнение двух районов поможет отличить региональные течения от локальных особенностей и влияния зоны субдукции. Чем точнее ученые научатся читать эти следы, тем лучше восстановят историю океанической литосферы. Даже когда древнее морское дно давно сменило положение, глубинные породы могут сохранять подсказки о его прежнем пути.
А затем «Добавить на главный экран». 