Издигащите се върхове на Хималаите са геоложко бойно поле - бавен сблъсък на Индийската и Евразийската тектонична плоча. Сблъсъкът е започнал преди около 60 милиона години, когато Индия, тогава остров, се е врязала в Евразия, изкривявайки повърхността и формирайки най-високите планини на Земята. Но върховете са само шумът и пушекът от битката; тектоничните маневри на десетки километри под тях движат сблъсъка и крият загадки.

Континенталните тектонски плочи, за разлика от плътните си океански братовчеди, са дебели и плаващи, така че не потъват лесно в мантията по време на сблъсъците. Някои учени смятат, че Индийската плоча се съпротивлява на потапянето в мантията и продължава да се плъзга хоризонтално под Тибет. Други предполагат, че най-плавателната част на Индийската плоча се гърчи като килимче по предния ръб на сблъсъка, което улеснява потъването на долната половина на плочата в дълбините.

Анализ на земетръсните вълни, които се движат под Тибет, и на газовете, които се издигат на повърхността, сочи още една възможност, която на практика разделя връзката между двата сценария. Изглежда, че част от Индийската плоча се „разслоява“, докато се плъзга под Евразийската плоча, като плътната долна част се отделя от горната. Проучването открива и доказателства за вертикална пукнатина или разкъсване на границата между отлепената част на плочата и нейния непокътнат съсед.

Геоложко бойно поле

Континенталният сблъсък на Индийската и Евразийската тектонична плоча е създал Хималаите. Нови данни сочат, че част от Индийската плоча може да се отдели и да се потопи в мантията. Кредит: N. BURGESS/SCIENCE

„Не знаехме, че континентите могат да се държат по този начин, а това, за науката за твърдата земя, е доста фундаментално“, коментира Дуве ван Хинсберген (Douwe van Hinsbergen), геодинамик от Университета в Утрехт.

Работата, представена през декември 2023 г. на конференцията на Американския геофизичен съюз и в препринт, публикуван онлайн, може да помогне на учените да разберат по-добре формирането на могъщите Хималаи и може би дори опасностите от земетресения в региона.

Фабио Капитанио (Fabio Capitanio), специалист по геодинамика в Университета Монаш, предупреждава, че остават много неясноти относно процеса, а данните са ограничени.

Учените отдавна предполагат, че тектоничните плочи могат да се разгънат по този начин. Плочите представляват слоеста комбинация от плаваща кора и по-плътна горна мантийна скала. Когато се притиска и уплътнява, плочата може да се разцепи по слабата граница между слоевете. Но процесът е изучаван предимно във вътрешността на дебели континентални плочи и симулиран в компютърни модели.

Сблъсъкът в Хималаите е обещаващо място за търсене на разкъсваща се плоча, отбелязва Питър ДеКелс (Peter DeCelles), геолог от Университета в Аризона. Преди да започне разбиването, Индийската плоча е варирала по дебелина и състав, което помага да се обясни полумесецът на 2500-километровия хималайски фронт. Той сравнява древната плоча с рибата скат: чифт тънки крила от океанска кора, които ограждат дебела средна част от континентална кора. Тънките океански плочи лесно са се спускали под Евразийската плоча, докато дебелата континентална кора се е врязвала в Евразия като таран.

Разликата в скоростта на субдукция вероятно е придърпала и разкъсала Индийската плоча в множество посоки. През последните години учените са предложили много разкъсвания.

Авторът на изследването Саймън Клемперер (Simon Klemperer), геофизик от Станфордския университет е заинтригуван от една зона в Североизточна Индия, близо до Бутан, където зоната на субдукция се извива, което я прави основно място за потенциални разкъсвания. „Там нещата стават грозни“, разказва Клемпефер. Подозрението го подтиква към многогодишно търсене на улики за подземния сблъсък.

Едно от доказателствата идва от измерванията на изотопите на хелия, който се появява в тибетските извори. Клемперер и колегите му, включително сътрудници от Китай, отиват на място, за да съберат проби от около 200 естествени извора на близо 1000 км от Южен Тибет. Газовите проби, богати на хелий-3, лек изотоп, уловен в Земята по време на нейното раждане, сигнализират за мантийни скали под краката, докато тези, които са бедни на хелий-3, вероятно произлизат от погребана кора.

При картографирането на изворите се очертава ярка закономерност. На юг от една линия се намират извори с подписи на земната кора, а на север - извори с отпечатъци на мантията.

На юг от линията се намират извори с отпечатъци от земната кора, а на север - извори с отпечатъци от мантията. Екипът интерпретира линията като най-далечния край на непокътнатата Индийска плоча, която се плъзга под Тибет, преди да се потопи в мантията. Но в един район на юг от линията, близо до източната граница на Бутан, три извора са съдържали и мантийни отпечатъци - индикация, че един участък от Индийската плоча може да се откъсва, а в пространството между тях да се влива гореща мантийна скала.

В подкрепа на тази представа е анализът на вълните от земетресения, които преминават през границата между земната кора и мантийната скала. Вълните, регистрирани в стотици сеизмични станции, позволяват на изследователите да създадат изображения на подземни структури. Две петна, които се виждат на едно от изображенията, изглежда подсказват, че долната плоча на Индийската плоча се отделя от горната си част.

Схема с преувеличена топография на процесите, действащи в момента в зоната на сблъсък между Индия и Тибет. Локализирано потъване на индийската долна кора в издигаща се астеносферна мантия под грабените е в съответствие с наблюдението в тези разриви на хелий-3 в термални извори, което е признак на начално топяща се (т.е. астеносферна) мантия директно под кората. Томографските изображения предполагат литосферно потъване на „петна“ от горната част на мантията с висока скорост на вълната с диаметър от ~100 до 300 км под двата грабена. Кредит: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2000015117

По-късен анализ, базиран на друг набор от земетръсни вълни, сочи разкъсване на западния край на разслоената плоча. На запад от предполагаемия разлом дъното на Индийската плоча изглежда е на дълбочина около 200 км, което предполага, че то все още е непокътнато; на изток, където плочата се разделя на две, мантийната скала навлиза на дълбочина около 100 км.

Почти всички земни маси на Земята са изградени от поредица сблъсъци като Хималаите, посочва Ан Мелцер (Anne Meltzer), сеизмолог в Университета в Лехи. Така че разбирането на начина, по който се сблъскват континентите, хвърля светлина не само върху съвременния ни ландшафт, но и върху опасностите, породени от земетресенията, които могат да се появят по древните следи от континентални сблъсъци.

Клемперер посочва, че новопредложеното разкъсване може да оказва влияние и върху опасностите от земетресения в Тибет днес. Дълбока пукнатина в Тибетското плато, известна като разлома Кона-Сангри, се намира над разкъсването - примамлив намек, че вълнението в подножието на Индийската плоча може по някакъв начин да се разпростре на повърхността. Въпреки че пряката връзка със земетресенията остава несигурна, ван Хинсберген отбелязва, че разкъсването и отлепването на тектоничните плочи може да повлияе на начина и мястото на натрупване на напрежението, а оттам и на потенциала за земетресения.

Справка: Numerous Tibetan lower-crustal and upper-mantle earthquakes, detected by Sn/Lg ratios, suggest crustal delamination or drip tectonics; Song, Xiaohan | Klemperer, Simon L.; Earth and Planetary Science Letters, volume 626 (2024).; DOI: 10.1016/j.epsl.2023.118555

Източник: Tectonic plate under Tibet may be splitting in two, Science