Сейсмотомографическое изображение Исландского шлейфа - горячего восходящего потока из глубин мантии, который питает извержения вулканов в Исландии.
Исландия, будучи одной из самых активных вулканических областей мира, представляет собой лишь часть гораздо более масштабной геологической истории.
В ходе прорывного исследования, осуществлённого при поддержке проекта Европейского космического агентства (ESA), учёные раскрыли фундаментальные силы, сформировавшие пылающее вулканическое прошлое Северной Атлантики. Эти открытия проливают свет на обширный геологический регион, охватывающий территорию от Гренландии до Западной Европы, где расположены такие знаковые природные достопримечательности, как Дорога талантов на севере Ирландии.
Большие магматические провинции, подобные Североатлантической каолиновой провинции, известны своими кардинальными изменениями климата Земли и катастрофическими массовыми вымираниями.
Их возникновение часто связывают с быстрым выбросом огромных объёмов вулканических газов в атмосферу, включая углекислый газ и диоксид серы.
Такие эмиссии способны вызывать либо атмосферное потепление, либо, напротив, кратковременное охлаждение за счёт публикации аэрозолей. К тому же вулканический пепел и потоки лавы существенно изменяют химический состав океанов, оказывая влияние на морские экосистемы.
Понимание механизмов, управляющих формированием крупных магматических провинций, критически важно для оценки возможных последствий для нашего будущего климата.
Вулканы Исландии и всей Северной Атлантики считаются проявлениями Исландского плюма — гигантского горячего конвективного восходящего потока, поднимающегося от границы ядра и мантии Земли к её поверхности.
Вулканы разбросаны по территории длиной в тысячи километров, что, как полагают, может объясняться латеральным потоком материала плюма. Однако до настоящего времени прямых доказательств такого потока было мало.
Новейшее исследование, выполненное в рамках проекта ESA «Наука для общества: 4D Динамичная Земля» и представленное на симпозиуме Living Planet в Австрии, раскрывает факторы, направлявшие движение раскалённого мантии и определявшие распределение древних вулканов.
Учёные внедрили передовые методы термодинамической инверсии разнообразных спутниковых данных — включая данные о гравитации, полученные с миссии ESA Earth Explorer GOCE — наряду с сейсмическими и другими наземными данными. Применение этих методов к регионам Британии и Ирландии выявило ранее неизвестные вариации в толщине литосферы — твердой тектонической плиты — под данной областью Североатлантической магматической провинции.
Особенно примечательно, что зоны подъёма и магматической активности возрастом около 60 миллионов лет совпадают с областями, где литосфера сегодня аномально тонка.
Как отметил Сергей Лебедев из Кембриджского университета: «Это поразительное совпадение свидетельствует о том, что горячий материал Исландского плюма проникал в регион, размывая литосферу. В результате сочетания тонкой литосферы, горячей астеносферы и декомпрессионного плавления, вероятно, был вызван подъём и вулканическая активность.»
Результаты также показывают, что неравномерное распределение сейсмической активности внутри плит Британии и Ирландии сосредоточено в областях с тонкой литосферой и вдоль зон резких контрастов в её толщине.
Это говорит о том, что плюм глубинного мантии не только сформировал образец тонкой литосферы и рассеянных вулканических очагов, но и оставил долговечную механическую неоднородность в литосфере. Эта неоднородность продолжает влиять на долгосрочное распределение деформаций, землетрясений и сейсмических рисков.
Рафэле Бонадио, также из Кембриджского университета, пояснил: «Наше исследование впервые предоставляет прямые доказательства того, что именно тонкая литосфера под восточной частью Североатлантической магматической провинции сконцентрировала поток материала плюма и локализовала подъём и магматизм, включая обширную группу лавовых потоков Энтрим с её знаменитой Дорогой талантов и многочисленными другими магматическими центрами.
»Неравномерное распределение землетрясений в Британии и Ирландии не связано с тектоническими границами или крупными разломами, а, как мы показали, зависит от толщины литосферы.
»Землетрясения сосредоточены в зонах с относительно тонкой, тёплой и механически слабой литосферой и вблизи областей резких изменений её толщины.»
Исследование подчёркивает исключительную ценность космических данных о гравитации, в частности полученных в миссии ESA GOCE. Продолжая наследие GOCE, а также миссий GRACE и GRACE Follow-On совместного американо-германского проекта, ESA разрабатывает новаторскую Миссию по Гравитации нового поколения (Next Generation Gravity Mission, NGGM).
Как отметил Иlias Daras, специалист ESA по геодезии и твердо Земле: «Созданная для расширения границ геонаук, NGGM предоставит беспрецедентное видение внутренних процессов нашей планеты.
«Точная фиксация изменений массы на поверхности и глубоко внутри Земли позволит углубить наше понимание тектонической динамики, а также детально изучить сложную структуру земной коры и мантии, открывая новые горизонты в оценке их плотности и вязкости.»
