Остаток древнего океана предохраняет участок Закавказья от вулканов
Новосибирские геофизики с помощью сейсмической томографии выяснили причины образования вулканов на Кавказе. Ученые Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН и Новосибирского госуниверситета построили новые сейсмические модели глубинных недр и сделали вывод об отсутствии мантийной литосферы в этом регионе. Кроме того, на участке между Большим и Малым Кавказом геологи выявили остаток океанической плиты. «Кусок древнего океана» предохраняет область Закавказского межгорного прогиба от подземного перегрева.
Распределение кайнозойского вулканизма на территории Кавказского региона. Изображение с сайта nsu.ru
Результаты исследования, первым автором которого является аспирантка НГУ Ирина Забелина, были опубликованы в Journal of Asian Earth Sciences. Один из авторов статьи, заведующий лабораторией сейсмических изображений Земли ГГФ НГУ, профессор Иван Кулаковрассказал пресс-службе университета о проделанной работе. По его словам, геофизики, опираясь на созданную ими томографическую модель, предложили сценарий, объясняющий тектоническое развитие кавказского региона.
— Для нас землетрясения выступают в роли лампочек, которые освещают внутренности планеты. От них идут сейсмические лучи, несущие информацию о строении Земли. Наша задача — расшифровать эту информацию. Для этого в нашем коллективе в течение последних 15 лет разрабатываются алгоритмы сейсмической томографии, которые позволяют определять трехмерное строение земных недр, — говорит Иван Юрьевич.
Сейсмическая модель кавказского региона состоит из двух частей. Крупномасштабная модель, которая охватывает глубины до 800 км, была построена на основании базы данных Международного сейсмологического центра, располагающего информацией о сотнях тысяч землетрясений по всему миру. Мелкомасштабную модель (до 80 км) геологи создали, в основном, по данным грузинских, армянских и азербайджанских сейсмических станций (российских станции было только две).
— Впервые грузинские коллеги из университета Тбилиси собрали эту базу данных для нас в 2008 году, в год, когда резко испортились отношения Грузии и России. Несмотря на все политические дрязги, мы продолжаем весьма плодотворно сотрудничать с грузинскими учеными. Они предложили нам работать вместе над этими данными, и мы, конечно, с удовольствием согласились. Наука должна объединять ученых и служить мостом для установления взаимопонимания между народами, — вспоминает геолог.
Считается, что Кавказские горы образовались в результате столкновения континентальных литосферных плит: Аравийской и Скифской, которые движутся навстречу друг другу. Структурно выделяют два горных пояса — Большой и Малый Кавказ, разделенных участком с пониженным рельефом, называемым Закавказским межгорным прогибом. В течение последних нескольких миллионов лет в кавказском регионе происходили интенсивные вулканические процессы. Всего в горах Большого и Малого Кавказа известны десятки вулканов возрастом менее миллиона лет, каждый из которых потенциально опасен, т. к. может возобновить свою активность.
— В своей работе мы доказали, что под Кавказом практически полностью отсутствует мантийная литосфера, — рассказывает Иван Юрьевич и для продолжения беседы нам приходится вспомнить строение литосферы. Литосфера состоит из двух основных компонентов: земной коры и мантийной части.
Изображение с сайта nsu.ru
Прочность литосферы, в основном, определяется именно мантийным слоем. Например, крупные континентальные плиты, в которых толщина литосферы достигают 200 км, «плавают» по поверхности Земли в неизменном виде миллиарды лет. Кора без мантийной части становится податливой и легко деформируется в случае сжимающих или растягивающих движений. Земная кора на континентах состоит из двух частей: верхней, которую условно называют гранитной, и нижней (базальтовой); и ее общая толщина меняется от 25 км под низинными областями до 60-70 км под горами. Под литосферой находится астеносфера — менее вязкий слой и более горячий, выполняющий роль смазки, по которой плавают плиты.
— Поскольку слой мантийной литосферы достаточно прочный, тепло из астеносферы в обычной ситуации не перегревает земную кору. Но если мантийную литосферу каким-то образом убрать, то астеносфера окажется у подошвы коры, начнет плавить ее, что приведет к образованию вулканов. Именно это и происходит на Кавказе, — говорит ученый.
Аравийская плита движется навстречу Скифской со скоростью 2.5 см в год. Их столкновение, произошедшее около 20 млн лет назад, вызвало и продолжает вызывать на границах плит очень сложные геологические процессы.
— При столкновении континентальных плит в контактной зоне происходит существенное изменение структуры литосферы, которое может привести к отрыву и погружению ее мантийной части. В геологии этот процесс известен и называется деламинацией. Сейсмическая томография позволяет увидеть куски мантийной литосферы, которые тонут в виде капель по краям зоны столкновения Аравийской и Скифской плит.
МК, БК – Малый и Большой Кавказ соответственно. ТК – область Закавказского межгорного прогиба (Транскавказский массив). Вертикальное сечение с двумя наложенными друг на друга томографическими моделями вкрест кавказского региона. Сверху — рельеф над профилем. Синие области — возможная конфигурация мантийной литосферы. Изображение с сайта nsu.ru
— Низкоскоростная аномалия на глубинах 100-200 км под Большим и Малым Кавказом свидетельствует о том, что мантийная часть литосферы там почти отсутствует. В результате литосфера потеряла прочную основу, и кора начала утолщаться (так образовались горы Кавказа). При этом горячая астеносфера оказалась непосредственно под корой. В результате плавления нижней коры на поверхности произошли крупномасштабные извержения, которые в период времени от 8 до 4 млн. лет назад покрыли массивными базальтовыми потоками большие части территорий южной Грузии и Армении. На следующей стадии, начавшейся около 4 млн лет назад, под воздействием астеносферы начала плавиться и верхняя (гранитная) часть коры. Так на базальтовых полях появились более молодые вулканы, отличные по своему составу, и имеющие классическую форму конусов.
К вулканам этого типа относятся красавцы Эльбрус, Казбек и Арарат, которые и по сей день проявляют определенную внутреннюю активность, — объясняет ученый.
Таким образом, геологам с помощью сейсмической томографии удалось показать, что вулканизм на Кавказе вызван аномальным прогревом земной коры в связи с отсутствием мантийной литосферы.
Остается вопрос: почему нет вулканов на участке между Малым и Большим Кавказом? Ответить на него позволило мелкомасштабное томографическое исследование.
— Под этой территорией мы с помощью сейсмической модели обнаружили более прочное вещество. По-видимому, это остаток древней океанической плиты, «застрявшей» между хребтами Большого и Малого Кавказа. Когда-то давно на этом месте был древний океан, впоследствии исчезнувший, но куски океанических плит сохранились в некоторых местах. И такой кусок древней литосферы предохраняет этот участок Закавказского межгорного прогиба от аномального прогрева астеносферой и последующего образования источников вулканизма. Горячие потоки стремятся обойти этот блок и выходят на поверхность в районах Большого и Малого Кавказа, где литосфера менее прочная, — подводит итог Иван Кулаков.
Автор: Дина Голубева
Фотографии: Ирина Забелина и Иван Кулаков
Комментарии читателей Оставить комментарий