Астрономия

С помощью статистического анализа результатов моделирования ученые выявили шесть тектонических режимов, из которых только пять были описаны ранее. При этом предложенный исследователями новый режим объясняет тектонику на молодой Земле и современной Венере.

Планеты земного типа — Меркурий, Венера, Земля и Марс — похожи друг на друга по составу и строению, но различаются поведением коры. Процессы, протекающие в этой твердой оболочке, заметно влияют на эволюцию недр планеты, геологическую активность, изменения магнитного поля и состав атмосферы. Следовательно, они влияют и на обитаемость планеты.

В новом исследовании международная группа под руководством ученых из Департамента наук о Земле и планетах при Гонконгском университете (Китай) с помощью моделирования выявила шесть режимов тектоники: мобильная (как у Земли), малоподвижная, эпизодическая, плутоническая-малоподвижная, застывшая (как у Марса), а также эпизодически-малоподвижная. Первые пять были описаны в науке ранее.

Ученые обнаружили эти режимы с помощью статистического анализа результатов многократного 2D-моделирования конвекции мантии и расслоения недр в планетах. Во всех случаях «планету» моделировали до возраста 10 миллиардов лет, пока режим ее тектоники не стал статистически устоявшимся. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

При мобильном режиме, как у Земли, кора (толщиной от 20 до 200 километров) разбита на литосферные плиты, которые достаточно быстро движутся. При застывшем режиме нет ни плит, ни движения, а толщина коры превышает 200 километров.

При эпизодическом режиме планета «переключается» между мобильным и застывшим состоянием. Периоды спокойствия могут длиться от сотен миллионов до нескольких миллиардов лет, а вот периоды движения и масштабного «перемалывания» плит — не более 300 миллионов лет.

В малоподвижном режиме поверхность местами деформируется, однако особо не двигается. Мантия за счет конвекции пассивно «перерабатывает» снизу кору, но литосферные плиты не погружаются постепенно в недра, как на Земле. При плутонически-малоподвижном режиме периоды «застоя» сменяются периодами слабой мобильности. Примечательно, что в этом режиме плиты не «тонут» постепенно в мантии, а от них откалываются куски.

Новый, эпизодически-малоподвижный режим тоже состоит из двух фаз: мобильной и плутонически-малоподвижной. Мобильная стадия длится не более 500 миллионов лет и не по всей поверхности, а в некоторых регионах.

Эпизодически-малоподвижный режим может объяснить различия в гипотезах о геологической эволюции нашей Земли, ведь в этом случае подвижность возникала несколько раз. Литосферные плиты начинали перемещаться и вновь замедлялись. С каждым циклом внешний слой становился все менее прочным, тектоническая активность нарастала, и режим сменился на современный мобильный.

Вероятно, сегодня Венера «живет» в таком эпизодически-малоподвижном режиме. Почему он не привел к мобильности? По предположениям авторов статьи, причина кроется в высокой внутренней температуре, из-за которой многие трещины, которые образуются в подвижной фазе, успевают «сплавиться». Прочность внешнего слоя не снижается, поэтому и тектоническая активность не нарастает.

«Наши модели тесно связывают конвекцию в мантии с активностью магмы. Это позволяет в рамках одной теоретической концепции изучать и долгую геологическую историю Земли, и современное состояние Венеры, что дает нам крайне важную теоретическую базу для поиска потенциально обитаемых аналогов Земли и суперземель за пределами Солнечной системы», — подытожил соавтор исследования Максим Балмер, специалист по геодинамике, доцент из Университетского колледжа Лондона (Великобритания).