«Гори можуть спливати, як поплавки»

Геолог Кармала Гарціоне з Рочестерського університету отримала оцінки швидкості підняття Болівійського нагір’я двома незалежними ізотопними методами (фото з сайту www.rochester.edu)

Гірські масиви піднімаються над землею значно швидше, ніж традиційно прийнято вважати. Швидкість їх зростання може перевищувати кілометр за мільйон років. Результат отримано двома незалежними методами палеоальтиметрії на основі аналізу осадових порід Болівійського нагір’я. Він може призвести до зміни уявлень про гороосвіту.

Традиційно вважається, що гори утворюються в результаті зіткнення літосферних плит. По лінії зіткнення виникає складчастість, яка призводить до поступового формування гірського рельєфу. Однак нові дані показують, що гори можуть рости помітно швидше, ніж це забезпечує механізм складчастості.

Дізнатися, яка була висота гір в минулому, досить складно. Зазвичай це робиться за скам’янілими слідами рослинності, а також слідами вивітрювання. Але обидва ці методи ненадійні. За кілька мільйонів років рослини могли пристосуватися до мінливих умов проживання, а процеси ерозії тісно пов’язані зі змінами клімату.

Геолог Кармала Гарціоне (Carmala Garzione) з Рочестерського університету (США) отримала оцінки швидкості підняття Болівійського нагір’я двома незалежними ізотопними методами. Замість того щоб вивчати зразки порід безпосередньо в горах, Гарціоні взяла на аналіз осадові породи, що скупчилися біля підніжжя гірського масиву в період 5-12 млн років тому. Карбонати, що містяться в цих відкладеннях, виносилися потоками води з гір, і на їх ізотопному складі відображаються зміни, що відбуваються з дощовою водою.

Кисень, що входить до складу рідкої води на поверхні Землі, більш ніж на 99% складається з ізотопу ¹⁶O. Решта припадає на більш важкий ізотоп ¹⁸O. Однак в атмосферному водяному парі зі зростанням висоти співвідношення ізотопів змінюється — частка ¹⁸O скорочується. Це дозволяє по ізотопному складу кисню в осадових породах визначити, як змінювалася висота, з якої дощі виносили частинки карбонатів.

Інший метод заснований на оцінці температури, при якій формувалися ті ж самі карбонати. Спільно з фахівцями з Каліфорнійського технологічного інституту (CalTech) була розроблена технологія, що дозволяє виміряти вміст в мінералах важкого кисню ¹⁸O, хімічно пов’язаного з важким ізотопом ¹³C. Подібні важкі пари стійкіші до теплових флуктуацій. Тому в мінералах, які утворилися в спекотному кліматі, характерному, наприклад, для підніжжя Анд, частка таких пар буде збільшуватися, тоді як в більш холодних умовах їх переваги перед легкими ізотопними парами ¹²C-¹⁶O зменшуються. Для того щоб відградурувати цей метод, були вивчені зразки з різних висот — від амазонських джунглів до вершин Анд.

Болівійське нагір’я (малюнок з сайту www.directionsmag.com)

У підсумку обидва методи дали один і той же результат: підйом Анд стався в період між 10,3 і 6,7 млн років тому. При середній висоті Болівійського нагір’я понад 3 тисяч метрів це відповідає середній швидкості зростання гір 1,03 + 0,12 мм/рік, тобто близько 1 км за мільйон років. Поки цей результат був отриманий тільки одним методом, у фахівців викликала серйозні сумніви можливість настільки швидкого гороосвіти, проте підтвердження незалежним методом змушує поставитися до висновків групи Кармали Гарціоне більш серйозно.

Проблема, однак, полягає в тому, що модель складчастості, що виникає при зіткненні плит, не пояснює швидкого спонтанного зростання гір всього за кілька мільйонів років. Автори роботи у зв’язку з цим згадують гіпотезу, яка з’явилася ще на початку 1980-х років, але за відсутністю необхідності всерйоз не вивчалася. Вона полягає в тому, що гірські масиви можуть швидко підніматися, якщо якесь важке магматичне утворення відривається від нижньої сторони земної кори і тоне в астеносфері. Цей ефект подібний до випливання поплавка, коли з гачка зривається риба.

Першопричиною такого відриву може бути все те ж зіткнення тектонічних плит. Воно призводить до того, що земна кора в районі зіткнення вигинається. Це посилює напругу, що зв’язує кору з глибинним магматичним коренем, і може призвести до розриву цього зв’язку.

Кармала Гарціоне зазначає, що геологи часто ігнорують роль верхнього, відносно холодного, шару мантії, який разом із земною корою утворює літосферу. Простежити за процесами, що йдуть там, досить складно, тоді як земна кора легко доступна вивченню. Серед геофізиків поширена думка, що ці шари мантії піддаються постійному оновленню. Однак нові результати вказують на те, що речовина мантії може довго акумулюватися в літосфері, а потім в деякий критичний момент ця освіта стає нестабільною і занурюється в глибину мантії.

Олександр Сергєєв

Джерела:

Mountain Ranges Rise Dramatically Faster Than Expected, прес-реліз Рочестерського університету, 26 січня 2006 року.

Prosenjit Ghosh, Carmala N. Garzione, John M. Eiler, Rapid Uplift of the Altiplano Revealed Through ¹³C–¹⁸O Bonds in Paleosol Carbonates, Science, Vol. 311. no. 5760, pp. 511-515, 27 січня 2006 року.