Згідно з новими дослідженнями Університету Іллінойсу Урбана-Шампейн, здавалося б стабільні області континентальних плит Землі — так звані стабільні кратони — зазнали повторюваних деформацій під корою з моменту свого формування в далекому минулому. Ця гіпотеза суперечить десятиліттям традиційної теорії тектоніки плит і намагається відповісти, чому більшість кратонів залишилися структурно стабільними, тоді як їхнє підчерев’я зазнало значних змін.

У дослідженні під керівництвом професора геології Іллінойсу Ліцзюна Лю дослідники використовували раніше зібрані дані про щільність найвищих жорстких шарів земної кори та мантії, відомих як літосфера, щоб дослідити зв’язок між топографією поверхні кратонів і товщиною нижнього шару літосфери. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Geosciences.

Відсутність деформацій всередині кратонів з моменту їх утворення робить їх найдовгоживучими тектонічними одиницями на Землі — вони пережили цикли суперконтинентів, такі як формування та розпад суперконтиненту Пангея, а також менш відомого та більш древнього суперконтиненту Родіна, повідомляє дослідження. .

«Загальноприйнято вважати, що кратони захищені своїми товстими підстильними корінням мантії, або кілями, які, як вважають, є плавучими та міцними, а отже, стабільними з часом», — сказав Луї.

Кілька недавніх робіт дослідницької групи Лю прямо кидають сумнів цій мудрості, показуючи, що ці мантійні кілі насправді досить щільні.

У дослідженні 2022 року команда продемонструвала, що традиційне уявлення про плавучі кілі кратонів передбачає, що більшість кратонів Землі розташовані приблизно на 3 кілометрах над поверхнею моря, тоді як насправді їхня висота становить лише кілька 100 метрів. Для цього необхідно, щоб літосферна мантія під корою була достатньо високої щільності, щоб опустити поверхню приблизно на 2 кілометри, сказав Лю.

В іншому дослідженні команда використовувала вимірювання поля сили тяжіння, щоб точно визначити структуру щільності кілів кратонів, щоб виявити, що нижня частина кіля мантії, швидше за все, є місцем, де знаходиться матеріал високої щільності, що означає профіль щільності, що збільшується в глибину під кратонами.

У новій статті команда показує, що нижня частина мантійного кіля, яка має високу щільність і має тенденцію неодноразово відшаровуватися від літосфери вище, коли підйоми мантії, звані шлейфами, ініціюють розпад суперконтиненту. Відшаровані — або відшаровані — кілі можуть повернутися до основи літосфери після того, як вони нагріються в гарячій мантії.

"Весь процес схожий на те, що відбувається в лавовій лампі, де холодний матеріал біля поверхні опускається, а теплий матеріал біля дна піднімається", — сказав Лю.

Ця історія деформації виражається в деяких більш загадкових геофізичних властивостях, які спостерігаються в літосфері, повідомляє дослідження.

«Наприклад, повторювана вертикальна деформація нижньої половини кіля мантії дозволяє сейсмічним хвилям, які вібрують скелю вертикально, рухатися швидше, порівняно з верхньою половиною кіля, яка зазнала меншої вертикальної деформації», — сказав Лю.

Команда також визначила, що розшарування мантії спричинить підвищення поверхні кратону, що призведе до ерозії.

“Це відображається в сильній залежності товщини кори від товщини літосфери, спостереження, яке ніколи не робилося до цього дослідження”, – сказав Лю. "Зокрема, у минулому відбулося два великих підняття та ерозії, коли суперконтиненти Родінія та Пангея розділилися, причому перший спричинив так звану Велику Невідповідність — особливість у літописі Землі не показує жодних доказів нового відкладення, лише глибока ерозія кратону. Це причина, чому ми сьогодні бачимо шматки давньої нижньої кори, відкриті на поверхні кратону".

За допомогою чисельного моделювання команда сказала, що цей епізодичний стиль деформації нижніх кілів кратону є тим, як кори кратону пережили довгу геологічну історію.

"Ми віримо, що ця нова гіпотеза способу життя кратонів суттєво змінить уявлення людей про те, як еволюціонують континенти та як тектоніка плит працює на Землі", — сказав Лю.