Плато Кергелен сформировалось в результате самого долгого непрерывного излияния магмы
Результаты датирования образцов лавы на плато Кергелен в Индийском океане показали, что многочисленные древние вулканы действовали здесь непрерывно в течение 32 миллионов лет. Это самый длительный известный период магматического вулканизма в истории Земли. Изучив особенности геологического строения территории, ученые пришли к выводу, что плато Кергелен представляет собой особый тип крупной магматической провинции, длительное время формировавшейся над мантийным плюмом, расплавленный материал из которого поступал по разломам, связанным с рифтовой зоной срединно-океанического хребта.
Подводное вулканическое плато Кергелен в южной части Индийского океана относится к областям массового проявления магматизма, называемым крупными магматическими провинциями (LIP — Large igneous province; подробнее о крупных магматических провинциях см. новость В крупных магматических провинциях могло быть два источника магмы, «Элементы», 18.04.2018).
Традиционно образование Кергеленской LIP связывают с расположенным под ней мантийным плюмом — горячим потоком мантийного вещества, поднимающимся от границы ядра к поверхности. В отличие от долгоживущих вулканических зон вдоль активных континентальных окраин, в крупных магматических провинциях, расположенных во внутренних частях литосферных плит, вулканическая активность ограничена периодом 10–20 млн лет (редко до 50 млн лет), а основные объемы лавы обычно изливаются в виде коротких импульсов, длящихся от 1 до 5 млн лет.
Поэтому геологи из Австралии и Швеции, изучающие базальты плато Кергелен, были удивлены необычно большим разбросом возраста этих вулканических пород. Авторы построили геодинамическую модель развития региона, из которой стало ясно, что механизм образования Кергеленской LIP был не таким, как у других крупных магматических провинций, — в нем тесно переплелись процессы плюмового вулканизма Австрало-Антарктического поднятия и тектонической активности расположенного рядом Юго-Восточно-Индийского срединно-океанического хребта (см. Southeast Indian Ridge).
Всего авторы изучили 25 образцов из кернов восьми скважин Программы морского бурения (ODP — Ocean Drilling Program) и четырех дражных проб. Возраст образцов определяли аргон-аргоновым методом (см. Argon–argon dating). Отношение 40Ar/39Ar измеряли в плагиоклазах, санидине, пироксенах и вулканическом стекле базальтов.
Полученные значения указывают на то, что вулканы плато Кергелен формировались в меловое время, в интервале между 122 и 90 млн лет назад, то есть в течение 32 млн лет. Это самый продолжительный период непрерывной магматической активности в истории Земли. Две дражные пробы, отобранные вблизи архипелагов Кергелен и Херд и Макдональд, авторы в расчет не принимали. Они содержали молодые базальты возрастом 27, 0,34 и 7,8 млн лет, так как вблизи этих островов вулканическая активность периодически возобновляется и в наше время (рис. 2).
Рис. 2. Карта глубин района плато Кергелен с отметками возраста базальтов. Белые кружочки — скважины программы ODP, белые квадраты — места отбора дражных проб. Черным подписаны номера скважин и проб, зеленым — абсолютный возраст базальтов, полученный в ходе данного исследования, красным и синим — по данным литературных источников (в млн лет). NKP — Северокергеленское плато, KA — архипелаг Кергелен, CKP — Центральнокергеленское плато, HI — остров Херд, EB — банка Элан, SKP — Южнокергеленское плато, Southeast Indian Ridge — Юго-Восточно-Индийского хребет. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geology
Авторы отмечают, что практически все образцы были собраны из приповерхностной части толщи базальтов, общая мощность которой составляет 5,3 км. То есть, на самом деле, время магматической активности может быть значительно больше.
Активный вулканизм в районе Кергеленского плато начался 122 млн лет назад в связи с подъемом мантийного плюма под зоной раскола восточной части Гондваны на три части — Австралию, Антарктиду и Индостан, между которыми стал формироваться Индийский океан. Подъем плюма вызвал плавление астеносферы и литосферного слоя верхней мантии, в связи с чем в корневой части литосферы под зоной раскола сформировался глубинный магматический очаг. На то, что магматический расплав состоял из смеси астеносферного и литосферного материала, указывает изотопный состав базальтов Кергеленской LIP, изученный авторами исследования.
Каналом для поступления магмы к поверхности служила зона спрединга Юго-Восточно-Индийского срединно-океанического хребта (СОХ), представляющая собой глубокий рифт — разлом рассекающий всю литосферу. В настоящее время поля базальтов находятся с двух сторон от этого хребта (рис. 2).
Ситуация, когда над мантийным плюмом закладывается рифтовая зона с активным вулканизмом, — достаточно распространенная. Похожую тектоническую позицию занимают многие крупные магматические провинции в океане: возвышенность Шатского в северо-западной части Тихого океана, сформировавшаяся в конце юрского и начале мелового периодов на стыке трех тектонических плит: Тихоокеанской, Фараллон и Изанаги (Izanagi Plate); океаническое плато Онтонг-Ява, расположенное к северо-востоку от Австралии — крупная провинция траппового вулканизма здесь появилась примерно одновременно с Кергеленской LIP — 120–125 млн лет назад; а также Карибская LIP (Caribbean large igneous province).
Формирование всех этих трех провинций также связано с мантийными плюмами, но вулканизм в них был кратковременным. Например, активность на возвышенности Шатского длилась всего 3 млн лет. Остывающая магма достаточно быстро «забила» подводящие каналы, и магматизм прекратился.
Уникальность Кергеленского вулканического плато заключается в том, что здесь долгое время были активными оба фактора, отвечающие за формирование крупной магматической провинции — мантийный плюм и спрединговый хребет. Такое сочетание редко встречается даже в океанах. На континентах же импульсы вулканизма в крупных магматических провинциях вообще не превышают 1–5 млн лет, так как магма, проходя через толстую континентальную кору, быстро охлаждается, теряя энергию на ее переплавку.
Согласно геодинамическим построениям авторов обсуждаемого исследования, в течение более чем 30 миллионов лет долгоживущий мантийный плюм «подпирал» хребет снизу. В самые активные периоды, по оценкам ученых, плато поднималось примерно на 20 см в год, а все это время через разломы спредингового (раздвигающегося) хребта поступал расплавленный материал. При этом одни разломы закрывались, а другие раскрывались (рис. 3).
Рис. 3. Геодинамические реконструкции состояния Кергеленского плато 128, 115, 109 и 90 миллионов лет назад. Желтые круги — центр мантийного плюма по данным разных источников. Голубым обозначены вулканические породы Кергеленской LIP, темно-серым — океаническая кора, светло-серым — континентальная кора, зеленым — участки континентов. Сплошная красная линия — срединно-океанический хребет, пунктирная красная линия — древние срединно-океанические хребты, черные пунктиры — линии разрезов, показанных справа. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geology
Примерно 90 млн лет назад рост поднятия прекратился по неизвестным причинам. Но вулканическая активность здесь продолжается по сей день, хотя и в гораздо меньших масштабах.
Источник: Qiang Jiang, Fred Jourdan, Hugo K. H. Olierook, Renaud E. Merle, Joanne M. Whittaker. Longest continuously erupting large igneous province driven by plume-ridge interaction // Geology. 2020. DOI: 10.1130/G47850.1.
Владислав Стрекопытов
Рис. 1. Остров Херд — вершина одного из вулканов Кергеленского плато. В настоящее время этот остров вместе с соседним островом Макдональд и несколькими мелкими островками является внешней территорией Австралии. Снимок сделан космонавтом Сергеем Рязанским с борта МКС. Фото с сайта twitter.com