Ученые обнаружили удивительно холодные «горячие точки» под земной корой
Горячие точки, которые создали вулканические острова, такие как Гавайи, Исландия и Галапагосские острова, часто могут оказаться удивительно холодными, согласно исследованию, опубликованному 7 января в журнале Science.
Результаты свидетельствуют о том, что такие горячие точки не всегда могут возникать из гигантских шлейфов раскаленной породы, поднимающейся из околоземного ядра, как считалось ранее, отметили ученые.
Вулканы обычно находятся вблизи границ тектонических плит, образованные в результате столкновений между этими гигантскими каменными плитами, когда они дрейфуют поверх слоя мантии между ядром Земли и земной корой. Классическими примерами таких вулканов являются те, которые составляют так называемое Огненное кольцо на Тихоокеанском побережье.
Однако вулканы иногда извергаются в середине тектонических плит. Источниками этих горячих точек могут быть мантийные плюмы, грибовидные столбы горячей породы, поднимающиеся из глубин мантии. По мере того как тектонические плиты перемещаются по таким шлейфам, геологи полагают, что могут возникнуть цепочки вулканических островов.
Предыдущие исследования показали, что вулканические горячие точки примерно на 100-300 °C горячее, чем срединно-океанические хребты, где магма поднимается по мере того, как тектонические плиты расходятся под водой. Это подтверждает мнение о том, что горячие точки нагревались веществом из горячего ядра Земли, а срединно-океанические хребты — более холодными породами мантии.
Теперь ученые обнаружили, что многие горячие точки значительно холоднее, чем считалось ранее, что вызывает вопросы об их происхождении. «Значительная часть горячих точек не соответствует классической модели плюма», — сказал сейсмолог Ведран Лекич из Университета Мэриленда.
В новом исследовании ученые проанализировали скорость сейсмических волн, проходящих через мантию под океаническими горячими точками и хребтами, чтобы оценить температуру в этих местах.
Выяснилось, что примерно 45% горячих точек более чем на 155 °C горячее, чем срединно-океанические хребты. Однако в 40% горячих точек она теплее всего на 50-136 °C, чем срединно-океанические хребты, что недостаточно, чтобы поддерживать активный подъем горных пород из глубокой мантии. Более того, примерно 15% горячих точек особенно холодные, всего на 36 °C жарче.
Чтобы пролить свет на происхождение этих различных разновидностей горячих точек, ученые также изучили соотношение более редкого гелия-3 к более распространенному гелию-4 в их породе.
Гелий, обнаруженный в земной коре, в основном состоит из гелия-4, образующегося в результате распада урана и других радиоактивных изотопов с течением времени, тогда как гелий из глубин Земли богаче гелием-3, вероятно, из резервуаров древнего материала, сохраняющего первоначальное соотношение, найденное между этими изотопами в первые дни Земли. Исследователи обнаружили, что теплые горячие точки обладают гораздо более высоким соотношением гелия-3 к гелию-4, чем холодные горячие точки.
«Это подтверждает то, что некоторые исследователи утверждали ранее, а именно, что термин „горячая точка“ вводит в заблуждение и что вулканы, которые не соответствуют тектонической парадигме плит, скорее следует называть „аномалиями таяния“», — сказал сейсмолог Росс Магуайр из Университета Нью-Мексико.
Более холодные горячие точки могут вместо этого возникать в верхней мантии, или из медленно движущихся глубоких шлейфов, у которых больше времени для охлаждения, или из глубоких шлейфов, которые взаимодействуют и охлаждаются вращающимися мантийными породами. В целом, «классический взгляд на плюмы не столько ошибочен, сколько более сложен, чем был представлен 30-50 лет назад», — сказал Литгоу-Бертеллони.
