Горы могут всплывать, как поплавки

Горные массивы поднимаются над землей значительно быстрее, чем традиционно принято считать. Скорость их роста может превышать километр за миллион лет. Результат получен двумя независимыми методами палеоальтиметрии на основе анализа осадочных пород Боливийского нагорья. Он может привести к изменению представлений о горообразовании.

Традиционно считается, что горы образуются в результате столкновения литосферных плит. По линии столкновения возникает складчатость, которая приводит к постепенному формированию горного рельефа. Однако новые данные показывают, что горы могут расти заметно быстрее, чем это обеспечивает механизм складчатости.

Узнать, какая была высота гор в прошлом, довольно сложно. Обычно это делается по окаменелым следам растительности, а также по следам выветривания. Но оба эти метода ненадежны. За несколько миллионов лет растения могли приспособиться к меняющимся условиям обитания, а процессы эрозии тесно связаны с изменениями климата.

Геолог Кармала Гарционе (Carmala Garzione) из Рочестерского университета (США) получила оценки скорости поднятия Боливийского нагорья двумя независимыми изотопными методами. Вместо того чтобы изучать образцы пород непосредственно в горах, Гарционе взяла на анализ осадочные породы, скопившиеся у подножия горного массива в период 5-12 млн лет назад. Содержащиеся в этих отложениях карбонаты выносились потоками воды с гор, и на их изотопном составе отражаются изменения, происходящие с дождевой водой.

Кислород, входящий в состав жидкой воды на поверхности Земли, более чем на 99% состоит из изотопа ¹⁶O. Остальное приходится на более тяжелый изотоп ¹⁸O. Однако в атмосферном водяном паре с ростом высоты соотношение изотопов меняется — доля ¹⁸O сокращается. Это позволяет по изотопному составу кислорода в осадочных породах определить, как менялась высота, с которой дожди выносили частицы карбонатов.

Другой метод основан на оценке температуры, при которой формировались те же самые карбонаты. Совместно со специалистами из Калифорнийского технологического института (CalTech) была разработана технология, позволяющая измерить содержание в минералах тяжелого кислорода ¹⁸O, химически связанного с тяжелым изотопом ¹³C. Подобные тяжелые пары устойчивее к тепловым флуктуациям. Поэтому в минералах, которые образовались в жарком климате, характерном, например, для подножий Анд, доля таких пар будет увеличиваться, тогда как в более холодных условиях их преимущества перед легкими изотопными парами ¹²C–¹⁶O уменьшаются. Для того чтобы отградуировать данный метод, были изучены образцы с разных высот — от амазонских джунглей до вершин Анд.

В итоге оба метода дали один и тот же результат: подъем Анд произошел в период между 10,3 и 6,7 млн лет назад. При средней высоте Боливийского нагорья более 3 тысяч метров это соответствует средней скорости роста гор 1,03 + 0,12 мм/год, то есть около 1 км за миллион лет. Пока этот результат был получен только одним методом, у специалистов вызывала серьезные сомнения возможность столь быстрого горообразования, однако подтверждение независимым методом заставляет отнестись к выводам группы Кармалы Гарционе более серьезно.

Проблема, однако, состоит в том, что модель складчатости, возникающей при столкновении плит, не объясняет быстрого спонтанного роста гор всего за несколько миллионов лет. Авторы работы в связи с этим вспоминают гипотезу, которая появилась еще в начале 1980-х годов, но за отсутствием необходимости всерьез не изучалась. Она состоит в том, что горные массивы могут быстро подниматься, если некое тяжелое магматическое образование отрывается от нижней стороны земной коры и тонет в астеносфере. Этот эффект подобен всплытию поплавка, когда с крючка срывается рыба.

Первопричиной такого отрыва может быть всё то же столкновение тектонических плит. Оно приводит к тому, что земная кора в районе столкновения выгибается. Это усиливает напряжение, связывающее кору с глубинным магматическим корнем, и может привести к разрыву этой связи.

Кармала Гарционе отмечает, что геологи часто игнорируют роль верхнего, относительно холодного, слоя мантии, который вместе с земной корой образует литосферу. Проследить за идущими там процессами весьма сложно, тогда как земная кора легко доступна изучению. Среди геофизиков распространено мнение, что эти слои мантии подвергаются постоянному обновлению. Однако новые результаты указывают на то, что вещество мантии может долго аккумулироваться в литосфере, а потом в некоторый критический момент это образование становится нестабильным и погружается в глубину мантии.

Похожие статьи: