22 септември 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Червено море се оказа млад океан

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 20 май 2021 в 00:02 62320
Червено море. Изглед от космоса. Кредит: Wikimedia Commons

Традиционно се смята, че Червено море по геоложки стандарти е много млада формация. Съществуващите тектонични модели предполагат, че с течение на времето, когато африканските и арабските литосферни плочи се разминават, на мястото на Червено море ще се появи нов океан със своя специфична океанска кора, която се различава по състав и физически параметри от континенталната.

Но неотдавнашните гравиметрични и сеизмични изследвания показаха, че океанската кора вече присъства под цялото Червено море, а не само в южната му част, както се смяташе по-рано. Въз основа на геофизични данни учените са изградили нов модел на тектониката на Червено море, пресъздали са етапите на прехода му от континентална рифтова структура към типична океанска падина и също са изчислили времето на началото на разширяването му в осевата му част.

От геоложка гледна точка Червено море е рифтова зона на границата на Африканската и Арабската тектонски плочи. Червено море е продължение на Арабско-индийската подводна средноокеанска хребетна система в северозападната част на Индийския океан и континенталната източноафриканска рифтова долина. Последното е интересно с това, че в неговите граници е възможно да се наблюдава в реално време как по време на активен вулканизъм континенталната кора се разширява и изтънява, а на някои места - котловината (депресията) Афар - вече се образува нова океанска кора.

Разломната система на Източна Африка. Границите на литосферните плочи, които съвпадат в западната част на Индийския океан със средноокеанските хребети, са показани с плътна линия, границите на континенталната източноафриканска рифтова зона са показани с пунктирана линия, червените триъгълници са активни вулкани, а басейнът Афар е показан в оранжево. Кредит: Wikimedia Commons

Геолозите смятат, че цялата система от източноафрикански рифтове, включително и рифта на Червено море, е започнала да се формира преди 25-30 милиона години, когато над издигащия се от мантията Афарски плюм в Арабско-нубийския континентален щит се е образувал разлом и по него Арабската плоча започва да се отделя от Африканската плоча.

В продължение на милиони години, падината на мястото на бъдещото Червено море се разширява и се пълни с вода, но от геоложка гледна точка това все още е континентално море. За да се превърне морето в океан, на дъното му трябва да се появи океанска кора, която се образува в зони  на спрединг (на разширяване) - централните части на средноокеанските хребети, където разтопен базалт, основният компонент на океанската кора, излиза на повърхността през разломи в земната кора.

Учените прогнозират, че след 3-4 милиона години по целия разлом на Източноафриканския рифт - от Мъртво море до Мозамбик - Източна Африка ще се отдели от основната част на африканския континент и, след като е образувал нов континент, ще се премести към Арабския полуостров. В същото време дължината на Червено море ще се увеличи 3 пъти, а на мястото на сблъсъка на новия континент с Арабския полуостров по всяка вероятност ще възникнат планини.

Но това е в бъдещето. И в момента Червено море е уникално геоложко образувание, което в северната част, поне външно, все още изглежда като континентален разлом, а в южната част изглежда като типичен млад океан, с океанска кора и собствена средноокеански хребет.

Наскоро две групи геофизици от Саудитска Арабия, Русия, Швейцария, Германия и Исландия са публикували статии в списанията Nature Communications и Scientific Reports, в които разглеждат подробно етапите на прехода от континентален рифтинг към океански спединг и дълбоките процеси, съпътстващите всеки от етапите на дълбочинни процеси, изасняват детайлните структури на възникващия средноокеански хребет и за първи път определят времето на настъпването на спединга - началото на образуването на океанската кора в централната част на Червено море.

Основната пречка за изследване на тектонната структура на дъното на Червено море и подлежащата кора е голямата дебелина на седиментите, включително солеви отлагания, които силно изкривяват геофизичните сигнали и водят до неясна интерпретация на резултатите от гравитационните и магнитни наблюдения.

Саудитските изследователи от Университета за наука и технологии на Крал Абдула (KAUST), заедно с колеги от Германия и Исландия, комбинират подробни карти на морското дъно с гравитационни и сеизмични данни и за първи път точно определята появата на океанска кора под седиментния слой на дъното на Червено море.

Океанската кора е по-плътна от континенталната кора и тези различия се отразяват в локалното гравитационно поле. Авторите комбинират данните за вертикалния гравитационен градиент (VGG) от спътници, които проследяват гравитацията на Земята, с карти на морското дъно с висока разделителна способност, данни за химията на скалите и земетресенията и виждат много интересни неща.

Първо, авторите установяват спрединговите разломи по цялото протежение на Червено море, а не само в южната му част. Геофизичните данни показват, че океанската кора присъства под целия басейн, но в северната част, отделена от централната и южната части на Забаргадската зона на разлома (виж остров Забаргад ), тя е покрита с по-дебела седиментна последователност.

Карта на вертикалния гравитационен градиент (VGG) на дъното на Червено море. Различнит линии показват: черна пунктирана  - граници на континенталните плочи, черна плътна  - големи разломи, бяла плътна - оси на спединг, бяла пунктирана - граници на сегментите. Цветна скала - VGG, в  Eotvos (извънсистемна единица на градиента гравитационното ускорение). Долу вляво  - диаграма на ориентацията на зоните за спединг (в бяло) и границите на сегментите (оранжево). RS-DS-TF - трансформационен разлом Червено море; NRSR - Северен рифт на Червено море; ZFZ - Забаргадска зона на разлом; CRSR - централният разлом на Червено море. Кредит: Nico Augustin, Froukje M. van der Zwan, Colin W. Devey, Bryndís Brandsdóttir. 13 million years of seafloor spreading throughout the Red Sea Basin, Nature Communications. 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-22586-2.

Второ, данните от VGG ясно се виждат следи от сегментация - разделянето на рифтовата зона на сектори от напречните разломи, по които са разположени подводните вулкани. Може би, смятат изследователите, с течение на времето границите на секторите се трансформират в класически трансформационни разломи, характерни за всички средноокеански хребети, но досега не са забелязани странични движения по тях. Изключение правят само по-голямата и добре оформена зона Забаргад и разломът „Червено море - Мъртво море“, които авторите класифицират като трансформационни.

Интересното е, че именно в тези зони на трансформация стойността на VGG е минимална, а сеизмичната активност максимална. Във всички случаи границите на сегментите се проследяват само в осевата част на басейна и не преминават към континенталния склон.

Подробно картографиране на елементите на тектонската структура на дъното за първи път позволи на учените да начертаят външната граница на Африканската и Арабската континентални плочи, като използват геофизични данни и на базата на това изчисляват ширината на ивицата на океанската кора, както и времето на началото на формирането й.

Въз основа на факта, че ширината на отделните сегменти варира от 103 до 174 км, а скоростта на спединг, регистрирана до момента според GPS данни, е от 8,1 до 12,9 мм/година, авторите заключават, че океанската кора е започнала да се формира преди 12.7-13.5 милиона години и почти едновременно по цялата дължина на Червено море.

Фактът, че океанската кора се намира под северната част на басейна, както и под южната част, се потвърждава и от единични проби от базалти, взети при дълбоководно сондиране. Според техните петрологични характеристики това са типични толеитни (пренаситени със силициев диоксид) базалти от средноокеански хребети, образувани в резултат на топенето на астеносферата (слой, заемащ най-горната част на земната мантия, непосредствено под литосферата). Те се различават значително от алкалните базалти, които обикновено се срещат в континенталните рифтове.

Получените данни позволяват на авторите да конструират нов тектонски модел на Червено море, според който целият басейн, а не само южната част, изглежда като млад океан.

Нов тектоничен модел на разлома на Червено море. Континенталната кора е показана в жълто, океанската кора, покрита от седиментни отлагания, е в небесносиньо, океанската кора, излизаща на повърхността, е в синьо, а оранжевите точки са осовите издигания. Линии: жълто  - граници на сегменти; кафяво  - ос на рифтовата зона, според преките наблюдения; бежово  - ос на рифтовата зона, според данните на VGG; черно  - основните разломи. Римските цифри са номера на сегменти. Вложка  b  - начално време за разпространение (в млн  години) по сегменти: жълти квадратчета  - въз основа на резултатите от VGG; синя линия - динамика на растежа на разлома на Червено море въз основа на данните от глобалния геодинамичен модел MORVEL (D. F. Argus et al., 2011. Geologically current motion of 56 plates relative to the no‐net‐rotation reference frame). Кредит: Nico Augustin, Froukje M. van der Zwan, Colin W. Devey, Bryndís Brandsdóttir. 13 million years of seafloor spreading throughout the Red Sea Basin, Nature Communications. 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-22586-2.

От своя страна изследователи от Центъра за наука и технологии "Крал Аблулазис" (KACST) анализират данни от каталога на събитията на комбинираните мрежи за сеизмични наблюдение на Египет и Саудитска Арабия, съдържащи времената на пристигане на вълни от 15 899 регионални и местни земетресения и на основата на този анализ те изграждат 3D томографски модел на структурата на земната кора и горната част на мантията под северната част на Червено море и прилежащите територии.

Томографски модел на литосферата в северната част на Червено море. Цветова скала - аномалии на предаването на надлъжни сеизмични вълни (Р-вълни), в проценти: а  - на дълбочина 20 км; b  - на дълбочина 90 км; c - e  - разрези. Кредит: Sami El Khrepy, Ivan Koulakov, Taras Gerya, Nassir Al-Arifi, Mamdouh S. Alajmi, Ayman N. Qadrouh. Transition from continental rifting to oceanic spreading in the northern Red Sea area, Scientific Reports. 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-84952-w.
.

За първи път на малки дълбочини (до 20 км) в центъра на голямата аномалия авторите откриват повишени скорости на осевата нискоскоростна аномалия, чиято ширина се увеличава на юг. Под 50 км, вече под целия басейн, има една непрекъсната нискоскоростна аномалия.

Областите с високи скорости на P-вълни обикновено се асоциират с твърди, плътни масиви, състоящи се от втвърдени магмени или дълбоко заложени метаморфни скали, докато ниските скорости обикновено се интерпретират като активни високотемпературни магматични системи, съдържащи разтопен материал.

Интересното е, че в райони, където се наблюдава нискоскоростна аномалия под осевото корито, сеизмичността е относително слаба, докато максималната сеизмична активност се наблюдава в най-северната част на Червено море. Това корелира добре с данните за скоростите на разпространение на вълните, тъй като в плътните, консолидирани скали деформацията на крехката кора създава значително по-голяма сеизмичност, отколкото в пластмасовите системи със стопилка.

Авторите условно разделят историята на еволюцията на тектонската система на Червено море на три етапа. На първия етап (континентален рифтинг) над ръба на извисяващия се мантиен плюм започва разтягането на континенталната кора  с образуване на характерни грабеноподобни разломи.

Три етапа на преход от континентален рифтинг към океански спрединг: A  - континентален рифтинг; B  - образуване на дайка; С  - началото на спрединга. Кредит: Sami El Khrepy, Ivan Koulakov, Taras Gerya, Nassir Al-Arifi, Mamdouh S. Alajmi, Ayman N. Qadrouh. Transition from continental rifting to oceanic spreading in the northern Red Sea area, Scientific Reports. 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-84952-w.

На втория етап (образуване на дайки), започнал преди около 25 млн. години, по-нататъшното разтягане на кората довежда до образуването на множество вертикални разломи и изкачването на разтопен астеносферен материал по тях, втвърдявайки се под формата на дайки. Преходната (между континенталната и океанската) литосфера, наситена с дайки, прилича в сеизмичния модел на високоскоростна аномалия.

В по-дебелите крайни части на разминаващите се литосферни плочи магмата не е намерила директни пътища към повърхността и е образувала междинни огнища на границата на литосферната мантия и кора, както и вътре в кората - многостепенни магмени резервоари, които са били източник на периодични площни изригвания с образуване на масивни базалтови полета. Границата между междинната кора и континенталните плочи в геофизичните полета съответства на рязък преход от ниска скорост на вълните под сушата към висока скорост под морето.

Третият етап на разтягане на литосферата (началото на спрединга) предполага образуването в осевата част на басейна на линейно потапяне под формата на падина, което е фиксирано от ниската скорост на разпространение на вълната. Нискоскоростната зона по протежение на осевото  корито е гореща, частично разтопена астеносфера, която се издига точно под центъра на спрединга.

Геофизиците регистрират същите издигания на горещата астеносфера под средноокеанските хребети в осевите части на всички океани на планетата.

Справка:

  1. Nico Augustin, Froukje M. van der Zwan, Colin W. Devey, Bryndís Brandsdóttir. 13 million years of seafloor spreading throughout the Red Sea Basin, Nature Communications. 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-22586-2.
  2. Sami El Khrepy, Ivan Koulakov, Taras Gerya, Nassir Al-Arifi, Mamdouh S. Alajmi, Ayman N. Qadrouh. Transition from continental rifting to oceanic spreading in the northern Red Sea area, Scientific Reports. 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-84952-w.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Науки за Земята
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.