Спекотний центр Землі та його холодна тверда зовнішня оболонка є відповідальними за повзучий (а іноді і катастрофічний) рух тектонічних плит. Але тепер нові дослідження виявляють інтригуючий співвідношення сил - солома мантія створює суперконтиненти, а кора розриває їх.
Щоб прийти до цього висновку щодо процесу тектоніки плит, вчені створили нову комп'ютерну модель Землі із земною корою та мантією, яка розглядається як одна безшовна система. З часом близько 60% тектонічного руху на поверхні цієї віртуальної планети рухалися досить дрібними силами - протягом перших 62 миль (100 кілометрів) поверхні. Глибока, струменева конвекція мантії загнала решту. Мантія набула особливого значення, коли континенти зіштовхнулися разом, щоб утворити суперконтиненти, тоді як неглибокі сили домінували, коли суперконтиненти розпадалися в моделі.
Ця "віртуальна Земля" є першою комп'ютерною моделлю, яка "розглядає" земну кору і мантію як взаємопов'язану, динамічну систему, повідомили дослідники 30 жовтня в журналі Science Advances. Раніше дослідники виготовляли в мантії моделі теплової конвекції, які досить добре відповідали спостереженням за справжньою мантією, але не імітували кірку. І моделі тектоніки пластин у корі могли передбачити спостереження в реальному світі за тим, як рухаються ці плити, але не добре поєднуються зі спостереженнями мантії. Ясна річ, чогось не вистачало у тому, що моделі складали дві системи разом.
"Конвекційні моделі були хорошими для мантії, але не для плит. Тектоніка плит була хорошою для плит, але не для мантії", - сказав Ніколя Колтіс, професор аспірантури Ecole Normale Supérieure, частина університету PSL в Парижі. "І вся історія, що стоїть за еволюцією системи, - це зворотній зв'язок між ними".
Кірка плюс мантія
Кожна модель класу інтер'єру Землі демонструє тонкий шар кори, що їде на вершині гарячого, деформуючого шару мантії. Ця спрощена модель може створити враження, що земна кора просто летить на мантії, пересуваючись таким чином, а також незрозумілими струмами нижче.
Але це не зовсім правильно. Науковцям Землі давно відомо, що кора і мантія є частиною однієї системи; вони нерозривно пов'язані. Це розуміння поставило питання про те, чи сили на поверхні - наприклад, підкорення одного шматка кори під іншою - чи сили глибоко в мантії, в першу чергу, рухають рухом плит, які складають кору. Колтіс та його колеги відповіли, що це питання невдале. Це тому, що два шари настільки переплетені, що обидва роблять внесок.
Протягом останніх двох десятиліть, розповів Колтіс Live Science, дослідники працювали над комп'ютерними моделями, які могли б реально відобразити взаємодію кори-мантії. На початку 2000-х деякі вчені розробили в мантії моделі теплового руху (конвекції), що природно породило те, що було схоже на тектоніку пластин на поверхні. Але ці моделі були трудомісткими і не отримали багато подальшої роботи, сказав Колтіс.
Колтіс та його колеги працювали вісім років над новою версією моделей. Тільки запуск моделювання займав лише 9 місяців.
Побудова моделі Земля
Колтіс та його команда повинні були спершу створити віртуальну Землю з реалістичними параметрами: від теплового потоку до розміру тектонічних плит до періоду часу, який зазвичай потребує формування суперконтинентів та розшарування.
Колтіс зауважив, що модель не є ідеальною імітацією Землі. Наприклад, програма не відслідковує попередню деформацію гірської породи, тому гірські породи, які деформувались раніше, не схильні легше деформуватися у майбутньому у своїй моделі, як це може бути у реальному житті. Але модель все-таки випустила реалістичну віртуальну планету, доповнену зонами субдукції, континентальним дрейфом та океанічними хребтами та траншеями.
Крім того, показуючи, що сили мантії домінують, коли континенти збираються разом, дослідники виявили, що гарячі стовпи магми, що називаються мантійними плитами, не є основною причиною того, що материки розпадаються. Зони субдукції, де один шматок кори вимушений під іншим, є рушіями континентального розпаду, сказав Колтіс. Мантійні шлейфи вступають у гру пізніше. Попередньо зростаючі плющі можуть досягати поверхневих порід, ослаблених силами, створеними в зонах субдукції. Потім вони наполягають на цих слабших місцях, роблячи більш імовірним, що суперконтинент розірветься в цьому місці.
Наступним кроком, за словами Колтіс, є з'єднання моделі та реального світу зі спостереженнями. В майбутньому, за його словами, модель може бути використана для дослідження всього, від головних подій вулканізму до того, як формуються межі плит, до того, як мантія рухається навколо щодо обертання Землі.
