Ледовая шапка на континентах влияет на продуктивность вулканизма в срединно-океанических хребтах
02.02.2010 /
№ 46 /
с. 14 /
Алексей Иванов / Новости /
No Comments
Многие со школьной скамьи помнят, что Скандинавский полуостров и Северная Америка непрерывно всплывают в результате таяния некогда покрывающих их ледников (рис. 1). На профессиональном языке этот процесс называется изостатической разгрузкой (post-glacial rebounding).Например, в результате такой разгрузки центральные части Скандинавии воздымаются со скоростью около 1 см в год и со времени окончания последнего оледенения поднялись уже на 200-250 м, причем изостатическое равновесие еще не достигнуто.
Рис. 1. Распределение ледовых масс на суше Северного полушария в период последнего максимального оледенения 21 тыс. лет назад (модель ICE-5G [2]). Красной линией показана мировая сеть срединно-океанических хребтов — районов, где в результате вулканизма формируется океаническое дно. Исландия является частью срединно-океанического хребта, но отличается аномально продуктивным вулканизмом.
Естественно, во время ледовой нагрузки кора погружается в мантию на величины сходного порядка. В статье итальянских исследователей Евгенио Карминати (Eugenio Carminatн) и Карло Доглиони (Carlo Doglioni) [1] была сделана попытка оценить, могли ли такие вертикальные перемещения земной коры повлиять на конвективные токи мантийного вещества на большой глубине. Подоплекой работы послужил вопрос об аномальной продуктивности вулканизма в Исландии по сравнению с другими частями срединно-атлантического хребта.
Рис. 2. Модель вертикального перемещения коры Исландии (слева) и мантии под Исландией (справа) в результате таяния ледников в Северной Америке и Скандинавии, с учетом (красная кривая) и без (синяя кривая) ледового покрова самой Исландии. В используемой модели оледенение началось 120 тыс. лет назад, достигло своего максимума в период между 105 и 21 тыс. лет назад и завершилось 6 тыс. лет назад.
На рис. 2 приведены результаты расчетов как для Исландии, так и для низов верхней мантии под Исландией (на глубине 410 км). Расчеты выполнялись для двух случаев; когда Исландия была покрыта ледником (реальный пример) и как если б она не была покрыта ледником (гипотетическая ситуация). Ранее уже было известно, что в результате таяния ледового щита в Исландии в последнем межлед-никовье произошла интенсификация вулканизма. Причина этого проста, более глубокие горизонты мантии поднимаются к поверхности из-за снятия ледовой нагрузки, происходит снижение давления, что приводит к более интенсивному плавлению мантии. Расчеты в работе [1] также показывают, что таяние льдов Исландии приводит к ее всплыванию, что должно провоцировать усиление плавления на глубине и как следствие — вулканизма на поверхности. Новым и достаточно неожиданным результатом, однако, является то, что в период максимального оледенения из-за ледовой нагрузки на континентах (в Северной Америке и Скандинавии) происходит перераспределение мантийного вещества на глубине. Мантийное вещество под континентом погружается из-за дополнительного давления, создаваемого ледниками сверху, достигая границы с нижней мантией (глубина ~ 650 км), оно перемещается в горизонтальном направлении в сторону океана, где оно впоследствии всплывает под срединно-океаническим хребтом. То есть формируется конвективная ячея, контролируемая ледовой нагрузкой на поверхности. Из-за особого распределения ледовых масс в Северной Америке и Скандинавии, восходящая ветвь такой конвективной ячеи оказывается как раз под Исландией. Таким образом, аномально продуктивный вулканизм Исландии может быть связан не с нижнемантийным источником (плюмом), как традиционно рассматривается в большинстве работ, а с верхнемантийным перераспределением вещества, контролируемым оледенением на континентах.
Алексей Иванов
[1] Carminati E., Doglioni C. North Atlantic geoid high, volcanism and glaciation. Geophysical Research Letters, 2010, v. 37, doi:10.1029/2009GL041663, в печати
[2] Peltier W.R. Global glacial isostasy and the surface of the ice-age Earth: The ICE-5G (VM2) model and GRACE. Annual Reviw of Earth and Planetary Sciences, 2004, v. 32, p. 111-149, doi:10.1146/an-nurev.earth.32.082503.144359.
