Международная группа геологов продемонстрировала с помощью компьютерного моделирования, что огромные извержения магмы могут начинаться глубже под поверхностью Земли, чем считалось ранее. Такие наводнительные базальтовые извержения в прошлом вызывали множество глобальных климатических изменений и крупных массовых вымираний.

Крупные извержения магмы вызвали огромные потоки базальтовой лавы на континентах за всю историю Земли. Традиционно считается, что крупнейшие потопные базальтовые извержения возможны только в регионах, где континентальные тектонические плиты необычайно тонкие, так что материал глубинной мантии способен подниматься близко к поверхности Земли. В таких условиях низкого давления плавление горячей мантии может привести к образованию очень большого количества магмы.

Новое исследование, проведенное исследователями из Хельсинкского университета и Орхусского университета, ставит под сомнение это широко распространенное мнение.

"Идея о том, что при извержении базальта обычно требуется плавление мантии в условиях низкого давления, в значительной степени основана на микроэлементном составе извергающихся магм", - объясняет доктор Юсси Хейнонен из Хельсинкского университета, ведущий автор недавней статьи Journal of Petrology, описывающей это исследование.

Далее он уточняет, что относительные количества редкоземельных элементов во многих базальтах наводнения указывают на образование магмы в присутствии минералов мантии низкого давления.

Поддержка с помощью компьютерного моделирования

Новое исследование было проведено в рамках исследовательского проекта, посвященного происхождению потопных базальтов, которые изверглись в Южной Африке и Антарктиде, когда эти континенты были присоединены друг к другу как части Пангеи около 180 миллионов лет назад.

"Нам стало любопытно, почему большинство затопленных базальтов встречается в регионах, где африканская и антарктическая тектонические плиты скорее толстые, чем тонкие", - говорит доктор Арто Луттинен, руководитель команды Хельсинкского университета. "Более того, мы обнаружили, что многие заливные базальты, которые имеют состав редкоземельных элементов, предполагающий условия формирования при высоком давлении, на самом деле расположены в тонких областях тектонических плит".

Идея альтернативной гипотезы начала формироваться после того, как команда обнаружила тип базальта наводнения в Мозамбике, состав которого свидетельствует об исключительно высоких температурах извержения.

"Эти наводненные базальты заставили нас рассмотреть возможность того, что плавление исключительно горячей мантии может привести к образованию магм высокого давления с микроэлементными свойствами, аналогичными свойствам магм низкого давления", - добавляет аспирант Санни Турунен из Университета Хельсинки.

Исследователи решили проверить свою гипотезу с помощью инструмента геохимического моделирования REEBOX PRO, который позволяет реалистично моделировать поведение минералов, расплавов и содержание в них микроэлементов во время плавления мантии.

"Мы были взволнованы, узнав, что моделирование подтвердило нашу гипотезу, предсказав общее потребление граната, диагностического минерала в условиях высокого давления, когда плавление мантии происходило при высоких температурах, указанных базальтами наводнения", - говорит доктор Эрик Браун, Орхусский университет, соавтор статьи и один из разработчиков инструмента REEBOX PRO.

Таким образом, магмы, образующиеся при высоком давлении, могут химически напоминать магмы низкого давления, когда мантийный источник очень горячий. Кроме того, результаты показали выживаемость граната при относительно низких давлениях, когда для моделирования был выбран другой тип мантийного источника.

"Наши результаты помогают нам понять очевидное противоречие между залеганием базальтов наводнения в Южной Африке и Антарктике и их характеристиками микроэлементов. Самое главное, мы показываем, что объемные базальты затопления могут образовываться в областях толстых тектонических плит и что микроэлементный состав базальтов затопления является ненадежным показателем глубин генерации магмы, если не учитывать влияние температуры и состава мантии", - заключают авторы.