Горячие струи в мантии назвали причиной появления подледных озер в Антарктиде
Геотермические потоки мантии под Антарктидой могут приводить к возникновению озер и водных потоков под Антарктическим ледяным щитом. К такому выводу пришли американские геофизики, с помощью численного моделирования оценив влияние мантийных плюмов на процесс таяния льда в основании антарктических ледников. Работа опубликована в Journal of Geophysical Research. Кратко об исследовании сообщает пресс-релиз NASA.
Антарктический ледяной щит покрывает 98 процентов площади Антарктиды и является крупнейшим скоплением льда на Земле. Сейчас более половины основания всего щита находится в условиях плавления льда, что приводит к образованию около 65 гигатонн воды в год. Поэтому под антарктическими ледниками можно обнаружить довольно большое количество рек и озер. При этом, несмотря на постоянное таяние льда, за счет снегопадов ледяной щит находится в относительно устойчивом состоянии.
Одной из возможных причин повышения температуры у основания ледника ученые называют геотермические потоки в мантии и, в частности, мантийные плюмы — горячие струи расплавленного вещества внутри мантии, которые направлены от центра Земли к ее поверхности и ответственны за образование на Земле супервулканов, горячих точек и рифтов.
Для того, чтобы количественно оценить влияние мантийных плюмов на таяние льда, американские геофизики использовали численное моделирование с использованием термомеханической модели Антарктического ледяного щита, которая дает возможность учесть влияние большинства естественных источников тепла и построить динамическую карту водных потоков с учетом тепловых потоков и трения.
Сейчас точное расположение мантийных плюмов под Антарктидой неизвестно, поэтому ученые смоделировали множество различных конфигураций, а для повышения степени достоверности в качестве граничных условий для моделирования использовали данные о структуре мантии, полученные с помощью спутниковых измерений.
Моделирование показало, что средний поток тепла от мантии в Антарктиде не превышает 150 милливатт на квадратный метр. Для сравнения, мощность плюма под Йеллоустонским вулканом составляет 200 милливатт на квадратный метр. Такой поток тепла никак не противоречит существованию самого Антарктического ледяного щита (при этом увеличение мощности привело бы к значительному ускорению таяния льда). Наблюдаемые же в моделировании геотермические мантийные потоки приводят только к локальному эффекту, но именно они, вероятнее всего, отвечают за таяние льда и образование озер и рек под ледяным щитом. Авторы работы утверждают, что естественное ограничение максимального потока тепла может объяснить и существующий парадокс отсутствия в Антарктиде глубоких озер.
Согласно результатам моделирования и сейсмологических измерений, единственным местом, где мощность плюма может превышать значение в 150 милливатт на квадратный метр является море Росса. Возможно именно там располагается центр наиболее мощного мантийного потока, однако, по словам ученых, для уточнения структуры геотермических мантийных потоков под Антарктидой необходимы дальнейшие исследования.
Геотермические потоки в мантии под Антарктидой не только повышают ее температуру и ускоряют таяние льда в основании ледников, но и заметно влияют на ее вулканическую активность и рельеф. Особенно заметно это влияние в Западной Антарктиде, где располагается большинство известных вулканов. Сейчас известно о существовании в Антарктиде 138 вулканов, продолжительное извержение одного из которых привело к последнему значительному потеплению в Южном полушарии около 18 тысяч лет назад.
Александр Дубов
Поток вулканических продуктов прокатился по дну со скоростью до 122 километров в час более чем на 100 километров
Исследовав донные отложения, образовавшиеся после взрыва вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, ученые обнаружили, что пирокластические продукты распространились под водой на расстояние свыше 100 километров. Данные о времени и протяженности повреждений телекоммуникационных кабелей показывают, что скорость разрушительного подводного потока достигала 121,8 километра в час. Об этом сообщают статьи (1, 2), опубликованные в Science. Мощное взрывное извержение подводного вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, расположенного в архипелаге Тонга в южной части Тихого океана, произошло 15 января 2022 года. Оно подняло столб пепла и газа на 58 километров и породило цунами высотой до 90 метров. Отголосок извержения в виде волн Лэмба был зарегистрирован в Москве (об этом можно прочитать в нашем материале «Четыре сигнала Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай»). В результате извержения Королевство Тонга лишилось внутренней и внешней связи по подводным телекоммуникационным кабелям, которые оказались оборваны. Первоначально считалось, что обрывы произошли из-за вызванных извержением локальных оползней. Майкл Клэр (Michael Clare) из британского Национального океанографического центра и его коллеги из Австралии, Великобритании, Германии, Тонга и Новой Зеландии показали, что это не так. За повреждение кабелей ответственны подводные потоки пирокластических продуктов Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, признаки которых ученые нашли при анализе батиметрических данных и кернов, отобранных при бурении океанского дна вблизи острова. Эти потоки сошли по склонам вулканической постройки после обрушения эруптивной колонны ― пепло-газового столба, выброшенного взрывом. Батиметрические данные показывают, что после извержения на участках наибольшей крутизны (около 45 градусов) до расстояния 9,2 километра от кальдеры появились области интенсивной эрозии ― промоины волнообразного профиля глубиной до 100 метров и шириной до двух километров. Объем изъятой из них породы оценивается в 3,5 кубических километра ― более половины пирокластического материала, рухнувшего на склоны Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай (около шести кубических километров). С уменьшением крутизны весь этот материал стал отлагаться на дне: более крупнозернистый был обнаружен в кернах на расстоянии не менее 80 километров, мелкозернистый ― в 108 километрах от кальдеры. Он перекрывается слоем тонкодисперсного осадка, который Клэр с коллегами интерпретировали как результат последующего выпадения рассеянного в атмосфере пепла. Ученые предположили, что сначала горячие лавины, скатившиеся по подводным склонам в нескольких направлениях, практически не отличались от наземного пирокластического потока. Они несли много тяжелого крупнозернистого материала и были насыщены газами и паром. Затем из-за смешивания с морской водой и охлаждения они приобрели свойства мутьевых потоков ― суспензии из воды и мелких частиц. Подводный кабель внутренней сети Тонга, проложенный в 15 километрах от Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, пострадал через 9–15 минут после взрыва. Он оказался поврежден на протяжении 105 километров. Расчетные скорости оборвавших его пирокластических лавин составили 63,5–105,8 и 73,1–121,8 километра в час. Преодолев около 70 километров по извилистым траекториям, потоки через 83–89 минут после взрыва достигли транстихоокеанского телекоммуникационного кабеля и повредили 89 километров его длины. Здесь скорость одной из лавин составляла от 47,2 до 50,7 километра в час, а другой ― 31,8–34,1 километра в час. Столь быстрый сход подводных вулканокластических потоков (максимальная скорость около 70 километров в час была зарегистрирована для оползня у берегов Ньюфаундленда) связан, по мнению исследователей, с высокой крутизной склонов Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай и почти отвесным обрушением эруптивной колонны. Авторы другой статьи, британские геологи Ребекка Уильямс (Rebecca Williams) из Университета Халла и Пит Роули (Pete Rowley) из Бристольского университета, указывают, что аналогичные признаки эрозии склонов обнаружены у некоторых других подводных вулканов, и они также могут быть интерпретированы как следы мощных взрывных извержений. Их изучение в рамках модели, предложенной Клэром и его коллегами, поможет точнее оценить риски при подводных и прибрежных извержениях. Ранее N + 1 уже рассказывал о взрыве вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай. Так, мы сообщали, что одним из последствий этого извержения может стать рост антарктической озоновой дыры.