Современная тектоника плит, возможно, возникла только в последний миллиард лет.

Подобно гигантскому раздробленному печенью, кусочки которого плавают в море кипящего молока, внешняя оболочка Земли состоит из скалистых плотов, которые постоянно натыкаются и ныряют друг под друга в процессе, называемом тектоникой плит. Так что же происходит с этими кусками исчезающей корки, когда они погружаются в недра Земли?

Оказывается, они становятся слабыми и гибкими, но не распадаются полностью, показывает новое моделирование. Модели также предполагали, что тектоника плит, по крайней мере в ее современной форме, вероятно, возникла только в последние миллиард лет.

Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature.

Тектоника плит вызывает землетрясения и извержения вулканов, создает горные цепи и острова и является причиной того, что континенты Земли, когда-то бывшие суперконтинентом, теперь отделены друг от друга океанами. Но до сих пор многое неизвестно о том, как работает тектоника плит, например, что происходит, когда одна плита скользит под другую (в области, называемой зоной субдукции) и исчезает в мантии, среднем слое планеты.

Чтобы выяснить это, исследователи использовали 2D компьютерные модели зон субдукции и запрограммировали их, используя известные физические данные о поведении материалов, например о том, как породы деформируются под действием определенных сил. Затем они наблюдали за моделью, чтобы увидеть, что произошло в зоне субдукции, и сравнили свои выводы с реальными наблюдениями.

Их модели предполагали, что когда одна пластина ныряет под другую, нисходящая часть, известная как плита, резко изгибается вниз и треснет. Изгиб также приводил к тому, что зерна на нижней стороне пластины становились более мелкими и слабыми. Под давлением пластина оставалась в основном неповрежденной, но появлялись многочисленные слабые места.

«Это означает, что пластины не разламываются и, таким образом, продолжают тянуть другие части за собой в течение очень долгого времени. Пластина может скользить под другой пластиной в течение сотен миллионов лет», — сказал ведущий автор исследования Тарас Герия, профессор геофизики в ETH Zurich в Швейцарии.

«Их моделирование соответствовало наблюдениям и глубинным сейсмическим изображениям, которые показали ослабленные области зоны субдукции в Японии», — сказала Герия.

Кент Конди, почетный профессор геохимии и наук о Земле и окружающей среде из Института горного дела и технологий Нью-Мексико, который не участвовал в исследовании, назвал их модели «надежными и значимыми».

Команда также смоделировала, что произошло бы, если бы внутри Земли было на 150 градусов по Цельсию горячее, аналогично температурам, которых она достигла бы около миллиарда лет назад.

Они обнаружили, что в этом моделировании плита разрушилась всего на несколько миль, потому что она не могла выдержать собственный вес в мантии, которая была менее вязкой из-за жарких условий.

«Таким образом, в отличие от современной субдукции, которая может продолжаться сотни миллионов лет, тогда субдукция закончилась бы очень быстро, в течение нескольких миллионов лет. Это открытие предполагает, что современная тектоника плит, возможно, началась не раньше, чем в последний миллиард лет», — говорит Герия.

По словам Герии, хотя примитивная форма тектоники плит могла существовать между 3,5 и 2 миллиардами лет назад, в архейскую или протерозойскую эры, она, вероятно, сильно отличалась от того, что испытывает планета сегодня. А примерно от 1,8 до 1 миллиарда лет назад был период затишья, когда пластины были гораздо менее активными. Но это всего лишь предположение и в настоящее время существует много споров о том, когда началась тектоника плит.

Конди согласилась с Герией: «Современная тектоника плит со всеми геологическими индикаторами… вероятно, возникла не раньше последнего миллиарда лет. Но тектоника плит в той или иной форме была с нами по крайней мере 2 миллиарда лет назад».