Большая часть земной коры появляется там, куда почти никогда не добирается человеческий взгляд, — на дне океана.
Через всю планету тянется огромная система срединно-океанических хребтов длиной около 65 тысяч километров. Это места, где расходятся тектонические плиты. Там, в полной темноте и под толщей воды, океанское дно разрывается, в трещины поднимается магма, а затем остывает и твердеет. Так рождается новая часть земной коры.
И теперь ученые впервые смогли увидеть этот процесс в действии.
Морской геофизик Жан-Ив Руайе из Французского национального центра научных исследований признался, что команда даже не рассчитывала поймать настолько крупное событие. Ученые надеялись измерить обычное медленное растяжение хребта — возможно, всего на несколько сантиметров. Вместо этого они зафиксировали смещения на несколько метров.
Наблюдения описаны в новой статье, опубликованной в Nature.
Проблема в том, что такие процессы происходят в местах, почти недоступных для человека. Большинство границ тектонических плит скрыто под водой, на глубинах, где проводить прямые наблюдения крайне сложно.
В феврале 2024 года Руайе и его коллеги установили подводную обсерваторию OHA-GEODAMS у Юго-Восточного Индийского хребта, между Австралией и Антарктидой. Ученые годами готовили систему, которая могла бы поймать один из редких и мощных эпизодов рождения нового океанического дна.
Они знали, что расширение морского дна не всегда идет плавно. Напряжение может накапливаться десятилетиями, а затем высвобождаться резким рывком. Такие события исследователи называют «квантовыми» эпизодами.
Обсерватория состояла из пяти автономных гидрофонов. Они должны были следить за районом вулканического плато Сен-Поль — Амстердам. Ученые не знали, получится ли им дождаться нужного момента. Но уже через несколько месяцев, в апреле 2024 года, дно океана раскололось.
По словам Руайе, в течение 16 дней в конце апреля ось хребта дала сбой, и накопленная под ней магма начала продвигаться в океаническую кору.
Магма прорвала кору в виде широких пластовых внедрений — даек. Это произошло менее чем за два часа. По оценке ученых, в кору проникло около 150 миллионов кубических метров магмы.
Движение даек вызвало землетрясения, снова активировало давно спящие разломы и опустошило магматический резервуар под хребтом. Из-за этого морское дно над ним быстро провалилось.
Затем дайки достигли самого дна океана, и лава начала изливаться наружу. Магматический резервуар продолжал опустошаться, поэтому дно опускалось еще сильнее.
В итоге дно долины, которая отмечает ось хребта, обрушилось на 4,2 метра, сместившись по ограничивающим ее разломам. Руайе отметил, что это первый случай, когда такой эпизод расширения морского дна — с участием и внедрения магмы, и разломов — удалось наблюдать буквально по часам.
Сам факт, что редкое событие удалось поймать всего через несколько месяцев после установки оборудования, уже был неожиданностью. Но на этом сюрпризы не закончились.
Если считать движение плавным, морское дно в районе срединно-океанических хребтов расходится примерно на 6,3 сантиметра в год. Но это событие показало, что процесс может идти не непрерывно, а огромными рывками.
В пиковый момент хребт расходился со скоростью 5 сантиметров в минуту. Это почти в полмиллиона раз быстрее его долгосрочного среднего темпа.
Горизонтальные смещения составили от 2 до 4 метров. По словам Руайе, это соответствует примерно 30–60 годам обычного непрерывного расширения при скорости 6,3 сантиметра в год. Такой масштаб помогает понять, как часто могут происходить подобные «квантовые» события.
Наблюдение также помогло разобраться с давней загадкой.
Ученые давно знают, с какой скоростью расходятся тектонические плиты. Но когда раньше они складывали движения, вызванные зафиксированными землетрясениями, итог не совпадал с реальной скоростью расширения морского дна. Землетрясений было недостаточно, чтобы объяснить весь процесс.
Теперь исследователи нашли недостающую часть движения. Землетрясения действительно сопровождали событие, но модели показали, что разломы сместились намного сильнее, чем можно было бы понять только по сейсмическим данным.
Большая часть движения произошла асейсмически — почти «тихо», без сильных сейсмических волн.
Это важно не только потому, что ученым повезло увидеть редкий эпизод напрямую. Теперь у них есть реальное наблюдение, с которым можно сравнивать сейсмические данные. Это поможет лучше понимать, как расширяется океанское дно даже тогда, когда никто не видит сам процесс.
Руайе сказал, что теперь измерять расширение морского дна действительно возможно — при небольшой доле удачи и научной интуиции. По его словам, это открывает новые горизонты для морских геофизиков.
