Учените разрешават дългогодишната мистерия на надморската височина на континента

Проучването предполага, че разпадането на континентите причинява дълбоки земни вълни, пораждайки топографски характеристики като скали и плата.

Екип от учени, ръководен от Университета на Саутхемптън, отговори на един от най-озадачаващите въпроси в тектониката на плочите: как и защо „стабилните“ части от континентите постепенно се издигат, за да формират някои от най-големите топографски характеристики на планетата.

В тяхното проучване, публикувано наскоро в природаИзследователите са изследвали ефектите на глобалните тектонични сили върху еволюцията на ландшафта в продължение на стотици милиони години. Те откриха, че когато тектоничните плочи се разделят, дълбоко в Земята се освобождават мощни вълни, които могат да накарат континенталните повърхности да се издигнат с повече от километър.

Пъзелът от склонове и плата

Тези открития помагат за разрешаването на дългогодишен пъзел за динамичните сили, които оформят и свързват някои от най-драматичните земни форми на Земята – огромни топографски характеристики, наречени „скали“ и „плата“, които оказват дълбоко влияние върху климата и кварталите.

„Учените отдавна подозират, че стръмни, високи километри топографски елементи, наречени големи скали – като класическия пример около Южна Африка – се образуват, когато континентите се разцепят и в крайна сметка се разделят. Въпреки това, обяснението защо вътрешността на континентите се издига далеч не е този процес, свързан с образуването на тези извисяващи се скали, ние просто не знаехме“, каза водещият автор Том Гернон, професор по геонауки в Университета на Саутхемптън.

Вертикалните движения на стабилни части от континенти, наречени кратони, остават един от най-малко разбраните аспекти на тектониката на плочите.

Екип от университета в Саутхемптън, включващ д-р Теа Хинкс, д-р Дерек Кер и Алис Кънингам, си сътрудничи с колеги от Helmholtz Center Potsdam – немския изследователски център за геонауки GFZ и Университет на Бирмингам За да се отговори на този основен въпрос.

Техните открития помагат да се обясни защо части от континенти, които преди са се смятали за „стабилни“, претърпяват значително издигане и ерозия и как подобни процеси могат да мигрират на стотици или дори хиляди километри навътре в сушата, образувайки обширни издигнати области, известни като плата, като централното плато в Южна Африка.

Моделиране на издигане и ерозия на континента

Въз основа на тяхното проучване, свързващо диамантените изригвания с разпадането на континента, Публикувана миналата година в природаЕкипът използва усъвършенствани компютърни модели и статистически методи, за да проучи как земната повърхност реагира на разпадането на континенталните плочи с течение на времето.

Те откриха, че когато континентите се разделят, разширяването на континенталната кора причинява кинематични движения в мантията на Земята (масивния слой между кората и ядрото).

„Този ​​процес може да се сравни с широкообхватно движение, което се движи към континентите и нарушава дълбоките им основи“, каза професор Саша Брун, който ръководи отдела по геодинамично моделиране в GFZ Potsdam.

Професор Брун и д-р Ан Глеръм, които също работят в Потсдам, проведоха симулации, за да проучат как може да се развие този процес. Екипът забеляза интересен модел: скоростта на „вълните“ на мантията, движещи се под континентите в техните симулации, съвпада точно със скоростта на големи ерозионни събития, които преминаха през южноафриканския пейзаж след разпадането на древния суперконтинент Гондвана.

Учените са събрали доказателства, че големи скали са възникнали по краищата на древни рифтови долини, точно като стръмните стени, които виждаме днес по ръбовете на рифтовете в Източна Африка. В същото време събитието на разрива също предизвика „дълбока мантийна вълна“, която се движи по основата на континента със скорост от 15 до 20 километра на милион години.

Те вярват, че тази вълна работи за премахване на слоеве скали от корените на континентите поради конвекция.

„Точно както въздушните балони губят тегло, за да се издигнат по-високо, загубата на континентален материал кара континентите да се издигат – процес, наречен изолевация“, каза професор Брун.

Въз основа на това екипът моделира как пейзажът ще реагира на това предизвикано от мантията повдигане. Те откриха, че нестабилността на мигриращата мантия води до вълна от повърхностна ерозия, която продължава десетки милиони години и се движи през континента с подобна скорост. Тази интензивна ерозия премахва огромна тежест от скалите, карайки повърхността на Земята да се издига допълнително, създавайки високи плата.

„Нашите модели за еволюция на ландшафта показват как поредица от събития, свързани с разриви, могат да доведат до скален склон, както и до стабилно плоско плато, въпреки че от ерозията на слой от няколко хиляди метра скала.

Проучването на екипа дава ново обяснение за озадачаващите вертикални движения на континенти далеч от континенталните граници, където издигането е по-често.

Д-р Стив Джоунс, доцент по земни системи в университета в Бирмингам, добави: „Това, което имаме тук, е убедителен аргумент, че рифтингът може, при определени условия, директно да генерира дълготрайни конвекционни клетки в горната мантия и тези рифтинг- индуцираните конвективни системи имат „дълбок ефект върху топографията на земната повърхност, ерозията, утаяването и разпределението на природните ресурси.“

Заключение и бъдещи насоки

Екипът стигна до заключението, че същата каскада от смущения в мантията, които предизвикват бързото появяване на диаманти от дълбините на Земята, също така фундаментално оформя континенталните пейзажи, влияейки върху редица фактори от регионалния климат и биоразнообразието до моделите на заселване на хора.

Професор Гернън, който получи голяма филантропска субсидия от фондация WoodNext, администрирана от Greater Houston Community Foundation, за изследване на глобалното охлаждане, обясни, че разпадането на континента не само нарушава дълбоките слоеве на Земята, но също така има ефекти, които отекват навсякъде повърхността на континентите, за които досега се смяташе, че не е така. Тя е стабилна.

„Дестабилизирането на континенталните ядра трябва да е повлияло и на древния климат“, заключи професор Гернън.

Справка: „Коеволюция на границите и вътрешността на континентите по време на разделянето на континентите“ от Томас М. Гернън и Тиа К. Хинкс, Саша Брон, Джейн Браун и Стивън М. Джоунс, Дерек Кер, Алис Кънингам и Ани Глеръм, 7 август 2024 г. природа.
doi: 10.1038/s41586-024-07717-1