Роль субдукции в деформации континентов: исследования показывают, как разрушается старейшая кора Земли

Кратоны, древнейшие и наиболее стабильные ядра континентов, характеризуются мощными литосферными корнями, уходящими глубоко в мантию Земли. Эта особенность долгое время позволяла считать их практически незыблемыми структурами, способными противостоять тектоническим катаклизмам на протяжении миллиардов лет. Однако накопленные геологические данные свидетельствуют о том, что и эти гиганты подвержены процессам деформации и разрушения, которые ученые называют декратонизацией. Это ставит перед наукой вопрос о природе сил, способных нарушить устойчивость таких мощных геологических образований.

Долгое время основным «подозреваемым» в деформации кратонов считались мантийные плюмы — восходящие потоки раскаленного мантийного вещества, поднимающиеся из глубин Земли и вызывающие термическую эрозию литосферы. Однако современные исследования все чаще указывают на другую, более значимую силу — субдукцию океанических плит. Субдукция — это процесс, при котором одна тектоническая плита погружается под другую, вызывая сложные деформации в зоне контакта. Остается открытым вопрос: как именно субдукция приводит к дестабилизации кратонов?

Северный Китайский кратон: история деформации

Одним из ярких примеров декратонизации служит история Северного Китайского кратона (СКК). Этот древний кратон, некогда представлявший собой единый массив, в мезозое и кайнозое подвергся интенсивной деформации, расколовшись на отдельные блоки.

Чтобы разгадать тайну деформации СКК, ученые обратились к современным методам геодинамического моделирования. Используя данные о деформации литосферы, сейсмической томографии мантии и эволюции поверхностной топографии, они создали четырехмерную (4D) модель, воссоздающую геологическую историю СКК на протяжении последних 200 миллионов лет.

Результаты моделирования оказались весьма интригующими. Во-первых, выяснилось, что на протяжении мезозоя и кайнозоя СКК испытывал на себе давление субдукции Тихоокеанской плиты. Во-вторых, в истории деформации СКК можно выделить два главных этапа, связанных с особенностями этой субдукции.

Плоскостная субдукция: медленное сжатие

На первом этапе, в юрском и раннемеловом периодах, происходила так называемая «плоскостная» субдукция. Тихоокеанская плита подныривала под СКК под очень малым углом, словно гигантский бульдозер, медленно, но неумолимо, наползающий на препятствие.

Такая плоскостная субдукция привела к сжатию литосферы СКК, ее утолщению и образованию горных хребтов. Данные о тектонических структурах и осадочных породах того времени подтверждают этот сценарий, указывая на преобладание сжимающих напряжений и горообразовательных процессов.

Откат плиты: раскол и утоньшение

Второй этап, начавшийся в середине мелового периода, характеризовался изменением стиля субдукции. Угол погружения Тихоокеанской плиты начал увеличиваться, а ее передний край — отступать на восток. Этот процесс, получивший название «откат плиты», привел к кардинальной смене режима тектонических напряжений в СКК. Сжатие сменилось растяжением, литосфера кратона начала утоньшаться, а вместо горных хребтов стали формироваться рифтовые долины — зоны растяжения земной коры, часто сопровождаемые вулканической активностью.

Этот этап деформации СКК также нашел отражение в геологических данных. Рифтовые структуры, осадочные породы, свидетельствующие о расширении бассейнов осадконакопления, а также данные о магматизме того времени, указывают на преобладание растягивающих напряжений.

Большой мантийный клин: рождение «монстра»

Однако самым неожиданным открытием, сделанным благодаря 4D моделированию, стало образование так называемого «большого мантийного клина» (БМК) под СКК. Этот гигантский «пузырь» мантийного вещества возник в результате горизонтальной субдукции океанической плиты на глубине 660 км, где происходит резкое увеличение вязкости мантии.

Представьте себе слоеный пирог: тонкий верхний слой теста легко гнется и деформируется, а нижний, более плотный, сопротивляется изгибу. Подобно этому, океаническая плита, погружаясь в мантию, на глубине 660 км встречает сопротивление более вязкого слоя и начинает «растекаться» в горизонтальном направлении, формируя своеобразный «мантийный завал».

Именно этот «завал», получивший название БМК, стал ключевым фактором, определившим дальнейшую судьбу СКК. Он, словно гигантский пресс, начал воздействовать на литосферу кратона снизу, вызывая ее деформацию и разрушение.

Цепная реакция декратонизации

Образование БМК и откат Тихоокеанской плиты запустили цепную реакцию, приведшую к декратонизации СКК:

• Передача напряжения: БМК, словно гигантский домкрат, начал поднимать литосферу кратона, вызывая ее растяжение и разломы.

• Магматизм: Повышенная температура мантии в районе БМК стимулировала подъем магмы к поверхности, что приводило к дополнительному разогреву и эрозии литосферы снизу.

• Утоньшение литосферы: Совокупность этих процессов привела к катастрофическому утоньшению литосферы СКК. Ее «корни», некогда прочно удерживавшие кратон, словно подгнившие сваи, перестали выдерживать нагрузку.

В результате, СКК раскололся на отдельные блоки, а его поверхность претерпела значительные изменения. Там, где некогда возвышались горы, образовались обширные впадины, заполненные осадочными породами. Вулканическая активность, связанная с подъемом магмы, изменила химический состав пород и оставила свои следы в виде огромных магматических интрузий.

Взгляд в прошлое, урок для будущего

История деформации Северного Китайского кратона — яркий пример того, как процессы, скрытые в глубинах Земли, могут оказывать решающее влияние на судьбу целых континентов.

Это исследование, основанное на применении самых современных методов геодинамического моделирования, позволяет нам лучше понять сложные и динамичные процессы, формирующие лик нашей планеты. Оно дает нам возможность заглянуть в прошлое Земли и увидеть, как взаимодействие плит, мантии и кратонов приводило к грандиозным геологическим преобразованиям.

Изучение СКК — это не просто реконструкция прошлого. Это важный урок для будущего, который помогает нам лучше понять механизмы деформации континентов и прогнозировать их дальнейшую геологическую эволюцию.

Полученные знания важны не только для фундаментальной науки. Они могут быть использованы при поиске полезных ископаемых, оценке сейсмической опасности и решении других практических задач, связанных с геологическим строением и эволюцией нашей планеты.