Земният горещ, лун център и студената му твърда външна обвивка са отговорни за пълзящото (а понякога и катастрофално) движение на тектонските плочи. Но сега новите изследвания разкриват интригуващ баланс на силите - острата мантия създава суперконтиненти, докато коричката ги разкъсва.
За да стигнат до това заключение относно процеса на тектониката на плочите, учените създадоха нов компютърен модел на Земята с кората и мантията, считани за една безпроблемна система. С течение на времето около 60% от тектонното движение на повърхността на тази виртуална планета се движеше от доста плитки сили - в рамките на първите 62 мили (100 километра) от повърхността. Дълбоката, буйна конвекция на мантията подтикваше останалите. Мантията стана особено важна, когато континентите се спъват заедно, за да образуват суперконтиненти, докато плитките сили доминират, когато суперконтинентите се разпадат в модела.
Тази „виртуална Земя“ е първият компютърен модел, който „разглежда“ кора и мантия като взаимосвързана, динамична система, съобщават изследователите на 30 октомври в списанието Science Advances. Преди това изследователите биха направили модели на топлинно задвижвана конвекция в мантията, които доста добре съвпадат с наблюденията на истинската мантия, но не имитират кората. А моделите на тектониката на плочите в кора биха могли да предскажат наблюдения в реалния свят как се движат тези плочи, но не се свързват добре с наблюденията на мантията. Ясно е, че нещо липсваше в начина, по който моделите поставят двете системи.
"Конвекционните модели бяха полезни за мантията, но не и плочите. Тектониката на плочите беше добра за плочите, но не и за мантията", казва Никола Колтис, професор в аспирантската школа на Ecole Normale Supérieure, част от университета PSL в Париж. "И цялата история зад еволюцията на системата е обратната връзка между двете."
Кора плюс мантия
Всеки модел на интериора на Земята показва тънък слой кора, който язди на горещия деформируем слой на мантията. Този опростен модел може да създаде впечатление, че кора просто сърфира в мантията, премества се по този начин и от необяснимите по-долу течения.
Но това не е съвсем правилно. Учените от Земята отдавна знаят, че кора и мантия са част от една и съща система; те са неизбежно свързани. Това разбиране повдигна въпроса дали силите на повърхността - като поглъщането на един къс кора под друг - или силите дълбоко в мантията задвижват предимно движението на плочите, съставляващи кора. Отговорът, открит от Колтис и колегите му, е, че въпросът е неправилен. Това е така, защото двата слоя са толкова преплетени, и двамата дават своя принос.
През последните две десетилетия, каза Колтис на Live Science, изследователите работят за компютърни модели, които биха могли да представят взаимодействието между кора и мантия реалистично. В началото на 2000-те някои учени разработиха модели на движение (конвекция), задвижвани от топлина в мантията, което естествено породи нещо, което приличаше на тектоника на плочите на повърхността. Но тези модели бяха трудоемки и не получиха много последващи работи, каза Колтис.
Coltice и неговите колеги работиха в продължение на осем години върху новата си версия на моделите. Самото изпълнение на симулацията отне 9 месеца.
Изграждане на модел Земя
Колтис и неговият екип трябваше първо да създадат виртуална Земя, пълна с реалистични параметри: всичко - от топлинния поток до размера на тектонските плочи до продължителността на времето, което обикновено е необходимо, за да се образуват и разделят суперконтинентите.
Има много начини, по които моделът не е идеална мимика на Земята, каза Колтис. Например, програмата не следи предишната скална деформация, така че скалите, които са се деформирали преди, не са склонни да се деформират по-лесно в бъдеще в своя модел, както би могло да се случи в реалния живот. Но моделът все още произвеждаше реалистично изглеждаща виртуална планета, пълна с зони на субдукция, континентален дрейф и океански хребети и окопи.
Отвъд показаното, че силите на мантията доминират, когато континентите се събират, изследователите откриха, че горещите колони от магма, наречени мантийни плюсове, не са основната причина континентите да се разпадат. Зоните на субдукция, където един парче кора се форсира под друг, са двигателите на континентален разпад, каза Колтис. Мантийните сливи влизат в игра по-късно. Предшестващите нарастващи плюсове могат да достигнат повърхностни скали, които са отслабени от силите, създадени в зоните на субдукция. След това те се инсинуират в тези по-слаби места, правейки по-голяма вероятност суперконтинентът да се разпадне на това място.
Следващата стъпка, каза Колтис, е да се свърже моделът и реалния свят с наблюдения. В бъдеще, каза той, моделът може да се използва за изследване на всичко - от големи събития във вулканизма до това как се формират границите на плочите до това как се движи мантията във връзка с въртенето на Земята.
