Учени от University of Southampton откриха отговора на един от най-загадъчните въпроси в областта на тектониката на земните плочи: как и защо "стабилните" части на континентите постепенно се издигат, за да образуват някои от най-големите топографски характеристики на планетата.

Те са установили, че, когато тектонските плочи се разпадат, те предизвикват мощни вълни, които могат да доведат до издигане на континенталните повърхности с повече от километър, дълбоко в Земята. Това откритие помага да се разгадае дългогодишна загадка за динамичните сили, които оформят и свързват някои от най-драматичните форми на релефа на Земята - обширни топографски обекти, наречени "скатове" и "плата", които оказват силно влияние върху климата и биологията.

Новото изследване разглежда въздействието на глобалните тектонски сили върху еволюцията на ландшафта в продължение на стотици милиони години, а резултатите са публикувани на 8 август в списание Nature.

Том Гернон, професор по науките за Земята в University of Southampton и водещ автор на изследването, коментира: "Учените отдавна подозират, че стръмните километрични топографски обекти, наречени "големи скатове" - пример за такива са тези, обграждащи Южна Африка - се образуват при разцепването на континентите и евентуалното им разделяне. Въпреки това обяснението на причините, поради които вътрешните части на континентите, далеч от такива топографски обекти, се издигат и ерозират, се оказа много по-трудно. Свързан ли е изобщо този процес с образуването на тези високи скатове? Досега не знаехме."

Вертикалните движения на стабилните части на континентите, наречени кратони, остават един от най-слабо проучените аспекти на тектониката на плочите. Затова екипът на University of Southampton, включващ д-р Теа Хинкс, д-р Дерек Кир и Алис Кънингам, си сътрудничи с колегите си от Германския изследователски център за геонауки Helmholtz Centre Potsdam-GFZ и University of Birmingham, за да отговори на този фундаментален въпрос.

Резултатите им помагат да се обясни защо части от континентите, смятани досега за "стабилни", преживяват значително издигане и ерозия и как тези процеси могат да мигрират на стотици и дори хиляди километри навътре в сушата, образувайки обширни издигнати региони, известни като плата, като Централното плато в Южна Африка.

Битка с природата: Какво наистина е да си преследвач на торнадо

Връзката между диамантите и еволюцията на ландшафта

Въз основа на изследване, публикувано миналата година в Nature, екипът използва усъвършенствани компютърни модели и статистически методи, за да проучи как земната повърхност е реагирала на разпадането на континенталните плочи във времето. Учените откриват, че когато континентите се разцепват, разтягането на континенталната кора предизвиква раздвижване в земната мантия (обемния слой между кората и ядрото).

В коментар на това откритие, професор Саша Брун, който ръководи секцията за геодинамично моделиране в GFZ, посочва: "Този процес може да се сравни с помитащо движение с посока към континентите, което нарушава дълбоките им основи."

Професор Бруне и д-р Ан Глерум, също от GFZ, провеждат симулации, за да проучат как се развива този процес. Екипът забелязва интересна закономерност: скоростта на мантийните "вълни", движещи се под континентите в симулациите им, съответства точно на скоростта на големите ерозионни събития, обхванали пейзажа в Южна Африка след разпадането на древния суперконтинент Гондвана.

Учените събират доказателства, на базата на които предполагат, че Големите скатове са възникнали в краищата на древни рифтови долини, подобно на стръмните стени, които днес се виждат в покрайнините на Източноафриканския рифт. Същевременно разломът предизвиква и "дълбока мантийна вълна", която се движи по протежение на основата на континента със скорост около 15-20 км на милион години. Те смятат, че тази вълна конвективно премахва скални пластове от корените на континента.

"Подобно на начина, по който балонът с горещ въздух се издига по-високо, когато губи тежест, тази загуба на материал кара континентите да се издигат - процес, наречен изостазия", казва професор Брун.

Учените откриха тревожен катаклизъм в миналото на Антарктида

Въз основа на това екипът моделира как ландшафтите реагират на това издигане, предизвикано от мантията, и установяват, че нейните мигриращи нестабилности пораждат вълна от повърхностна ерозия, която продължава десетки милиони години и се движи по целия континент. Тази интензивна ерозия премахва хиляди тонове скали, което кара земната повърхност да се издига още повече, образувайки плата.

"Нашите модели за еволюция на ландшафта показват как последователността от събития, свързани с разломяването, може да доведе до появата на скат, както и на стабилно, плоско плато, въпреки че слой от няколко хиляди метра скали е бил ерозиран", обяснява Жан Браун, професор по моделиране на процесите на земната повърхност в GFZ.

Д-р Стив Джоунс, доцент по земни системи в University of Birmingham, добавя: "Това, което имаме тук, е убедителен аргумент, че при определени обстоятелства разцепването може директно да генерира дълготрайни конвекционни клетки в горната мантия на континента, които, инициирани от разцепването, имат дълбоко въздействие върху топографията на земната повърхност, ерозията, седиментацията и разпределението на природните ресурси."

Екипът стига до заключението, че същата верига от мантийни смущения, които предизвикват бързото издигане на диаманти от дълбоките недра на Земята, също така фундаментално формира континенталните ландшафти, оказвайки влияние върху множество фактори - от регионалния климат и биоразнообразието до моделите на човешкото заселване.