Високі вершини Гімалаїв — це поле геологічної битви — уповільнене зіткнення Індійської та Євразійської тектонічних плит. Криза почалася приблизно 60 мільйонів років тому, коли Індія, тоді ще острів, врізалася в Євразію, деформуючи поверхню та утворюючи найвищі гори на Землі. Але вершини — це тільки шум і дим бою; тектонічні маневри на десятки кілометрів під ними викликають зіткнення — і зберігають таємниці.
Континентальні тектонічні плити, на відміну від своїх щільних океанічних двоюрідних братів, товсті та плавучі, тому вони нелегко занурюються або субдукують у мантію під час зіткнень. Деякі вчені вважають, що Індійська плита не занурюється в мантію і продовжує ковзати горизонтально під Тибетом. Інші припускають, що найбільш плавуча частина Індійської плити м’ється, як килимок, уздовж переднього краю зіткнення, полегшуючи нижній половині плити занурення в глибину.
Тепер новий аналіз хвиль землетрусів, що поширюються під Тибетом, і вигадливих газів, що піднімаються на поверхню, вказує на ще одну можливість, яка фактично розділяє різницю між двома сценаріями. Частина Індійської плити, здається, «відшаровується», коли вона ковзає під Євразійську плиту, при цьому щільна нижня частина відшаровується від верхньої. Дослідження також виявило докази вертикального розлому, або розриву, на межі між розділеною частиною плити та її непошкодженою сусідньою частиною.
«Ми не знали, що континенти можуть поводитися таким чином, і для науки про тверду Землю це є досить фундаментальним», — каже Дуве ван Гінсберген, геодинамік з Утрехтського університету.
Робота, представлена в грудні 2023 року на конференції Американського геофізичного союзу та в препринті, опублікованому в Інтернеті, може допомогти вченим краще зрозуміти формування могутніх Гімалаїв і, можливо, навіть небезпеку землетрусів у регіоні.
Фабіо Капітаніо, геодинамік з Університету Монаша, попереджає, що щодо процесу залишається багато невизначеностей, а дані обмежені.
«Це лише знімок», — каже він. Але ця робота є важливим кроком до розуміння того, як виник наш сучасний ландшафт, каже він. «Безперечно, це той тип роботи, який нам потрібно просувати».
Вчені вже давно припускають, що тектонічні плити можуть розкриватися таким чином. Плити являють собою шарувату комбінацію плавучої кори та більш щільної породи верхньої мантії. При стисненні та потовщенні пластина може розколотися вздовж слабкої поверхні розділу між шарами. Але цей процес здебільшого вивчався в надрах товстих континентальних плит і моделювався на комп’ютерних моделях.
«Це перший випадок, коли його спіймали на місці злочину в тарілці, що опускалася вниз», — каже ван Гінсберген.
Зіткнення Гімалаїв є перспективним місцем для пошуку плити, яка розривається, каже Пітер Декеллес, геолог з Університету Арізони. Перед початком катастрофи Індійська плита мала різну товщину та склад, що допомагає пояснити форму півмісяця Гімалайського фронту завдовжки 2500 кілометрів. Він порівнює стародавню плиту зі скатом мантою: парою тонких крил океанічної кори, що оточує товсту середину континентальної кори. Тонкі океанічні плити легко занурилися під Євразійську плиту, тоді як товста континентальна кора стрімголов врізалася в Євразію, як таран.
Різниця в швидкості субдукції, ймовірно, тягнула і розривала Індійську плиту в кількох напрямках. За останні роки вчені запропонували стільки сліз, що «це стало кустарним виробництвом», – іронізує автор дослідження Саймон Клемперер, геофізик зі Стенфордського університету.
Клемперер був заінтригований зоною на північному сході Індії, поблизу Бутану, де зона субдукції вигинається, що робить її основним місцем для потенційних розривів.
«Тут усе стає потворним», — каже він. Підозра спонукала його до багаторічних пошуків підказок підземного насильства.
Один із доказів отримано з ізотопних вимірювань гелію, який вирує в тибетських джерелах. Клемперер і його колеги, включно з співробітниками в Китаї, долали ґрунтові дороги та переходили потоки, щоб зібрати зразки з приблизно 200 природних джерел на майже 1000 кілометрах південного Тибету. Зразки газу, багаті на гелій-3, легкий ізотоп, захоплений Землею під час її народження, сигналізують про мантійні породи під ногами, тоді як збіднені на гелій-3, ймовірно, піднімаються з похованої кори.
Яскрава закономірність виникла, коли вони нанесли на карту джерела. На південь від лінії лежать джерела з сигнатурами кори, а на північ – з відбитками мантії. Команда інтерпретувала лінію як найдальший край непошкодженої Індійської плити, що ковзає під Тибет перед зануренням у мантію. Але в одному районі на південь від лінії, біля східного кордону Бутану, три джерела також містили сліди мантії — натяк на те, що одна частина Індійської плити могла відшаровуватися, а гаряча порода мантії текла в простір між ними.
Цю картину підтвердив аналіз хвиль землетрусів, що брижуть через межу між земною корою та мантією. Хвилі, зареєстровані на сотнях сейсмічних станцій, дозволили дослідникам створити зображення підземних структур. Дві краплі на одному зображенні, здається, натякають на те, що нижня плита Індійської плити відділяється від її вершини.
Більш пізній аналіз, заснований на іншому наборі хвиль землетрусу, вказує на розрив на західному краю відшарованої плити. На захід від передбачуваного розриву дно Індійської плити, здається, має глибину близько 200 кілометрів, що свідчить про те, що воно все ще неушкоджене; на сході, де плита розколюється навпіл, мантійні породи затікають приблизно на глибину 100 кілометрів.
Майже кожна суша на Землі була побудована в результаті серії зіткнень, як Гімалаї, каже Енн Мельцер, сейсмолог з Університету Ліхай. Отже, розуміння того, як континенти стикаються, проливає світло не лише на наш сучасний ландшафт, але й на небезпеку, спричинену землетрусами, які можуть статися вздовж давніх шрамів континентальних крахів.
Клемперер зазначає, що нещодавно запропонований розрив також може впливати на небезпеку землетрусів у Тибеті сьогодні. Глибока тріщина на Тибетському плато, відома як розлом Кона-Сангрі, перекриває розрив — спокусливий натяк на те, що хвилювання в підчереб’ї Індійської плити може якимось чином вийти на поверхню. Незважаючи на те, що прямий зв’язок із землетрусами залишається невизначеним, ван Хінсберген зазначає, що розриви та відшарування тектонічних плит можуть вплинути на те, як і де виникає напруга, а отже, на потенціал землетрусів.
Клемперер каже, що континенти складні для вивчення, оскільки давні зіткнення, які створили сучасний ландшафт, залишили мережу шрамів, що перекриваються. Але саме це робить роботу захоплюючою, каже він. «У них є палімпсест мільярдної історії». Він та інші вчені поступово вчаться її читати.