Переворот в мантии

Месяц назад мы опубликовали статью «Исландия сходила под себя», в которой рассказали о новой работе Александра Владимировича Соболева, члена-корреспондента РАН, заведующего лабораторией Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского. Статья вызвала значительный читательский интерес и пожелания продолжить тему.

Ключевой автор работы находился в то время еще в Исландии, а едва вернувшись в Москву, тут же отправился в новую экспедицию на Камчатку. Корреспонденту «Газеты.Ru» удалось перехватить Александра Владимировича во время его короткого визита в столицу, и он с удовольствием рассказал, над чем работает, как изменилась наука о Земле за последние годы и почему не стоит бояться выступать даже с самыми смелыми идеями, если их подтверждает эксперимент.

Александр Владимирович, статья, на которой базировалась наша заметка, написана очень сжато и умещается на одной странице журнала. Но она является частью целой серии работ. В чем их суть и значение?

Наши работы посвящены изучению рециркуляции вещества земной коры, теория которой в настоящее время привела к значительной реорганизации наших знаний о Земле, подобной той, что свершилась с развитием теории литосферных плит.

Сама гипотеза о том, что уже сформированная земная кора погружается в мантию в так называемых зонах субдукции, а затем её вещество снова выходит на поверхность в мантийных струях (плюмах), была высказана еще в 1982 году. Автором этой гипотезы является немец Альбрехт Хофманн, который так же является соавтором моих работ.

Сегодня это один из самых известных геохимиков мира, однако, в 82 году он был осмеян, и на подготовленную публикацию с концепцией теории рециклирования вещества земной коры научное сообщество ответило отрицательной рецензией, и даже чуть было её не завернуло.

Почему ученые так первоначально негативно отреагировали на появление такой свежей гипотезы? Ведь Хофманну все же удалось добиться признания?

Да, и более того, с течением времени эта теория становилась все более интересной. Кстати, название вашей заметки все же не соответствует истине, хотя и привлекает внимание.

Исландия не ходила под себя?

Дело в том, что возраст древнего вещества, принявшего участие в формировании Исландии, может, по данным нашей работы, составлять до двух миллиардов лет, в то время как сама Исландия появилась на свет не ранее 15 миллионов лет назад. Древнее вещество, перед тем как выйти на поверхность в современной Исландии, было затянуто в мантию в некоей зоне субдукции, месте, где одна литосферная плита ныряет под другую. Где эта зона находилась два миллиарда лет назад, сейчас сказать невозможно, да и об облике Земли в те времена известно немного. Поэтому откуда родом вещество земной коры, принявшее участие в формировании Исландии - не знает никто.

Рециркуляция мантийного вещества происходит, в основном, в так называемых мантийных струях, а в зоне срединных океанических хребтов, которые вы также упомянули в заметке, происходит довольно спокойное и медленное движение больших объемов мантии, и рециркулирует значительно меньше древней коры. Мантийные же струи, или плюмы - это направленные трубообразные потоки в мантии, которые ответственны, например за магматизм Гавайев, Исландии. И, кстати, именно плюмы могли стать виновниками байкальского рифтового разлома.

Почему рециркуляция происходит именно в плюмах, а не в зоне срединно-океанических хребтов?

Когда вещество земной коры опускается в мантию, оно становится более плотным и более тяжелым по сравнению с мантией. Чтобы снова вынести его на поверхность, мантии требуется очень высокая температура (чем выше температура, тем легче вещество). Именно высокая избыточная температура является характеристикой таких мантийных плюмов. Температура мантийных потоков под срединно-океаническими хребтами значительно ниже и они способны «тащить» гораздо меньше тяжелой рециклированной коры по сравнению с плюмами.

Рециркуляция вещества земной коры, по нашим оценкам, могла занять до 2 миллиардов лет, однако было бы неверно говорить, что рециркуляция длилась все это время.

Дело в том, что в процессе рециркуляции при выносе вещества на поверхность мантийным плюмом, как, в общем-то, и при погружении вещества в результате субдукции, его скорость составляет от нескольких сантиметров до метра в год. По современным представлениям, вещество может опускаться максимум на самое дно мантии - к ее границе с внешним ядром Земли на глубине 2900 км.

Полный оборот вещества земной коры (туда и обратно), таким образом, составляет примерно шесть тысяч километров, которые вещество преодолевает, по самым крайним оценкам, в первые сотни миллионов лет. Поэтому большую часть времени вещество древней коры Земли просто где-то лежит и не участвует в процессах в мантии.