Ученым давно известно, что вулканы образуются, когда тектонические плиты (движущиеся по поверхности мантии Земли) сходятся, или в результате мантийных плюмов, которые поднимаются от границы ядра и мантии, образуя горячие точки на земной коре. Но получение доказательств того, что материал, исходящий из переходной зоны мантии – от 250 до 400 миль (440-660 км) под корой нашей планеты – может вызывать образование вулканов, является новым для геологов.
"Мы нашли новый способ строить вулканы. «Это первый раз, когда мы обнаружили четкое указание из переходной зоны глубоко в мантии Земли, что вулканы могут образовываться таким образом», – сказал старший автор Эстебан Газель, доцент кафедры наук о Земле и атмосфере Корнельского университета. Исследование опубликовано в журнале Nature.
«Мы ожидали, что наши данные покажут, что вулкан был образованием мантийного плюма – восходящим потоком из более глубокой мантии – точно так же, как это происходит на Гавайях», – сказал Газель. Но 30 миллионов лет назад возмущение в переходной зоне вызвало подъем магматического материала на поверхность, образовав ныне бездействующий вулкан под Атлантическим океаном, а затем сформировав Бермудские острова.
Используя образец керна длиной 2600 футов (более 700 метров), пробуренный в 1972 году и хранящийся в Университете Далхаузи, Новая Шотландия, соавтор Сара Мазза из Университета Мюнстера в Германии оценила поперечное сечение изотопов. микроэлементы, доказательства содержания воды и других летучих веществ. Оценка предоставила геологическую и вулканическую историю Бермудских островов.
«Сначала я подозревал, что вулканическое прошлое Бермуд было особенным, когда я взял пробу керна и заметил различные текстуры и минералогию, сохранившиеся в различных потоках лавы», – сказал Мацца. «Мы быстро подтвердили чрезвычайное обогащение в составе микроэлементов. Было интересно узнать о наших первых результатах … тайны Бермудских островов начали раскрываться."
В образцах керна группа обнаружила геохимические признаки переходной зоны, которая включала большее количество воды, заключенной в кристаллах, чем было обнаружено в зонах субдукции. Вода в зонах субдукции возвращается на поверхность Земли.
По словам Газели, воды в переходной зоне достаточно, чтобы образовать как минимум три океана, но именно вода помогает горным породам таять в переходной зоне.
Геологи разработали численные модели с Робертом Муха, доцентом наук о Земле в Сиракузском университете, чтобы обнаружить нарушение в переходной зоне, которое, вероятно, заставило материал из этого глубокого слоя мантии плавиться и просачиваться на поверхность, сказал Газель.
Несмотря на более чем 50-летние изотопные измерения в океанических лавах, пекулярные и экстремальные изотопы, измеренные в ядре лавы Бермудских островов, ранее не наблюдались. Тем не менее, эти экстремальные изотопные составы позволили ученым идентифицировать уникальный источник лавы.
«Если мы начнем смотреть более внимательно, я считаю, что мы найдем эти геохимические признаки в большем количестве мест», – сказал соавтор Майкл Бизимис, доцент Университета Южной Каролины.
Газель объяснила, что это исследование обеспечивает новую связь между слоем переходной зоны и вулканами на поверхности Земли. «С помощью этой работы мы можем продемонстрировать, что переходная зона Земли представляет собой экстремальный химический резервуар», – сказал Газель. "Сейчас мы только начинаем осознавать его важность с точки зрения глобальной геодинамики и даже вулканизма."
Саид Газель: «Наш следующий шаг – изучить больше мест, чтобы определить разницу между геологическими процессами, которые могут привести к внутриплитным вулканам, и определить роль переходной зоны мантии в эволюции нашей планеты."
Помимо Газель, Мазза, Бизимис и Муха, соавторами «Выборки богатой летучими веществами переходной зоны под Бермудскими островами» являются Пол Бегелин из Университета Южной Каролины; Элизабет А. Джонсон, Университет Джеймса Мэдисона; Райан Дж.
МакАлир, Геологическая служба США; и Александр V. Соболева РАН.
Национальный научный фонд предоставил финансирование для этого исследования.