Рис. 1. Увеличение возраста океанической земной коры по мере удаления от срединно-океанических хребтов. Красный цвет — более молодая земная кора, синий — более древняя (шкала в млн лет). Рисунок с сайта en.wikipedia.org

Магнитные полюса Земли иногда меняются местами. Информация об этом записана в остаточной намагниченности некоторых минералов, входящих в состав океанической коры: они, по сути, несут в себе палеомагнитную летопись Земли за последние десятки миллионов лет. Океаническая кора рождается в зонах срединно-океанических хребтов, поэтому чем дальше от них, тем кора древнее. Проанализировав палеомагнитные данные за последние 19 млн лет, ученые пришли к выводу, что начиная с середины миоцена скорость спрединга и, соответственно, образования новой океанической коры постепенно снижается. Сейчас она примерно на 40 процентов ниже, чем 15 млн лет назад.

Как правило, горные породы в середине океанов моложе, чем по краям (вблизи континентов). В зонах срединно-океанических хребтов литосферные плиты расходятся (этот процесс называется спредингом) и поступающая из мантии магма постепенно формирует новую земную кору океанического типа. А у материков, в зонах субдукции, тяжелые океанические плиты постепенно пододвигаются под более легкие континентальные, погружаясь в мантию. Так работает глобальный конвейер тектоники плит. От его скорости зависит интенсивность практически всех геологических процессов на Земле — вулканизма, сейсмической активности, образования и разрушения гор, геохимических циклов элементов. Тектоника — важнейший фактор, во многом определяющий уровень моря, климат на планете и состав атмосферы.

Американские геофизики во главе с Коллин Далтон (Colleen Dalton) из Университета Брауна с помощью палеомагнитного метода с высокой степенью разрешения определили возраст пород, образовавшихся за последние 19 млн лет с двух сторон от 18 главных подводных хребтов Мирового океана. Метод основан на явлении палеомагнетизма. Магнитные полюса Земли периодически меняются местами. Эпизоды инверсии ученые фиксируют по смене ориентации магнитных минералов в застывших вулканических породах и используют их как реперы для построения изохрон — линий на геологической карте, все точки которых имеют одинаковый возраст (рис. 2).

Рис. 2. Зоны спрединга, в которых оценивали скорость образования новой океанической коры. Цветные линии — изохроны (возраст указан в млн лет). Буквенные сокращения — названия литосферных плит: PAC — Тихоокеанская, JDF — Хуан-де-Фука, RIV — Ривера, MAT — Центральноамериканский желоб, COC — Кокос, NAZ — Наска, ANT — Антарктическая, AUS — Австралийская, SAM — Южно-Американская, NAM — Северо-Американская, EUR — Евразийская, NUB — Африканская (Нубийская), SOM — Сомалийская, ARA — Аравийская, IND — Индостанская, CAP — Козерога (см. Capricorn Plate). Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters

Выяснилось, что образование новой океанической коры в рифтовых зонах хребтов быстрее всего шло в среднем миоцене. Затем началось замедление, и сейчас скорость спрединга во всех срединно-океанических хребтах, кроме Южно-Тихоокеанского поднятия, примерно на 35–40% меньше, чем 15 млн лет назад. Сегодня скорость спрединга варьируется от 15 до 180 мм/год, составляя в среднем по планете 140 мм/год, а 15 млн лет назад она, по расчетам авторов, была на уровне 200 мм/год.

Исключение из общего правила представляет граница между Антарктической и Тихоокеанской плитами (ANT—PAC), расположенная в районе Южно-Тихоокеанского поднятия — самой тектонически активной на сегодня зоне океана. Здесь скорость спрединга неуклонно растет. Еще в двух зонах (ANT–AUS и CAP–SOM) производство новой коры в период с 19 до 9 млн лет назад снижалось, а потом снова начало расти. В остальных зонах тренд снижения вполне отчетливый (рис. 3). При этом 70–75% от общего объема новой океанической коры на Земле образуется на пяти границах раздела: PAC–NAZ, PAC–COC и ANT–PAC в Тихом океане, NUB–SAM в Атлантическом и ANT–AUS в Индийском.

Рис. 3. Изменение параметров крупнейших зон спрединга за последние 19 млн лет: a — образование новой океанической коры на границах раздела плит, в млн км² за млн лет; b — протяженность хребтов, в тыс. км; c — скорость спрединга, в мм/год; d — глобальное производство океанической коры, в млн км² за млн лет; e — суммарная протяженность хребтов, в тыс. км; f — средняя скорость спрединга, в мм/год. По горизонтали везде — время, в млн лет назад. Буквенные обозначения плит — те же, что на рис. 2. Цвет на графиках d–f: синий — по данным авторов; черный и красный — по данным других исследований. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters

Причина общего снижения динамики спрединга остается непонятной. Суммарная протяженность подводных хребтов за 19 млн лет практически не изменилась, лишь хребет на границе между Тихоокеанской плитой и плитой Кокос (PAC–COC) за это время стал короче на 2 тыс. км, а граница ANT–PAC — на 1,4 тыс. км длиннее. Но учитывая общую протяженность глобальной сети срединно-океанических хребтов, уменьшение на 0,6 тыс. км можно не принимать во внимание. При этом только за период с 14,9 до 6,0 млн лет назад производство коры снизилось на 37%.

Возможно, считают авторы, объяснение надо искать не в спрединговых хребтах, а в зонах субдукции. Известно, что субдуцирующие (погружающиеся) плиты двигаются примерно в 4 раза быстрее, чем несубдуцирующие — те, которые упираются в другие плиты, а не погружаются в мантию. И если в середине океанов динамика литосферных плит примерно на 90% зависит от глубинных процессов, определяющих режим конвекции — движения вещества в мантии, и только на 10% — от толщины самой плиты (см. C. Lithgow-Bertelloni, M. Richards, 1995. Cenozoic plate driving forces), то в зонах субдукции соотношение этих факторов меняется. Здесь скорость погружения литосферной плиты на 60–70% определяется соотношением направлений мантийных потоков, обеспечивающих затягивание или выталкивание, весом океанической плиты, а также силой трения с континентальной плитой, под которую она погружается (C. Conrad, C. Lithgow-Bertelloni, 2004. The temporal evolution of plate driving forces: Importance of «slab suction» versus «slab pull» during the Cenozoic).

Возможно, причину резкого снижения скорости спрединга — более чем на 20% всего за 5 млн лет — надо искать именно в действии региональных факторов, потому что за такое короткое время не могла произойти глобальная перестройка режима мантийной конвекции. Так, замедление движения восточной части Тихоокеанской плиты авторы связывают с образованием гор на западной окраине Северной и Южной Америки. «Нагруженная» горами континентальная плита сильнее давит на находящуюся под ней океаническую, увеличивая трение и снижая скорость погружения. В других частях планеты ключевую роль могли играть какие-то другие процессы.

Кроме того, замедление скорости движения одной из плит тут же «стопорит» движение остальных. Например, коллизия (столкновение) Индостанской и Евразийской плит с образованием Гималайских гор привела к возникновению вязких напряжений и снижению скорости спрединга на границах IND–SOM, SOM–NUB и NUB–NAM. На рис. 4 показано, как остановка плиты Наска и Южно-Американской плиты вызвала резкое снижение скорости спрединга на сопряженных границах.

Рис. 4. Изменение скорости спрединга на границах плиты Наска (a) и Южно-Американской плиты (b) относительно нынешней, в мм/год. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters

Авторы планируют продолжить исследование, расширив его временные рамки, чтобы понять, является ли наблюдаемое в последние 19 млн лет замедление скорости спрединга самостоятельным явлением или частью долгосрочного тренда. Для этого им надо будет с той же детальностью изучить породы, расположенные на большем удалении от осей срединно-океанических хребтов. Теоретически можно отследить динамику литосферных плит до середины юрского периода. Самая древняя океаническая кора находится в котловине Пигафетта в Тихом океане и имеет возраст 156 млн лет. Более древние породы на дне океанов не сохранились.

Источник: Colleen A. Dalton, Douglas S. Wilson, Timothy D. Herbert. Evidence for a Global Slowdown in Seafloor Spreading Since 15 Ma // Geophysical Research Letters, 2022. DOI: 10.1029/2022GL097937.

Владислав Стрекопытов