Ученые обнаружили, что одно из самых экстремальных вулканических событий на Земле не просто создало массивное подводное плато. Оно также полностью изменило химический состав океанической плиты под ним. Исследовательская группа под руководством лектора Адзусы Сито из Университета науки Окаямы, работающая совместно с доцентом Акирой Исикавой из Токийского института науки и профессором Масако Йошикавой из Университета Хиросимы, использовала сейсмические волны, чтобы заглянуть под плато Онтонг-Ява (OJP). Их выводы, опубликованные в Geophysical Research Letters, предполагают, что огромные объемы магмы пробились сквозь существующую плиту, создав сети вертикальных интрузий и химически преобразовав окружающую породу.

Океаническая плита под OJP не имеет относительно простой структуры, ожидаемой для типичной океанической плиты. Вместо этого исследователи нашли свидетельства композитного внутреннего строения, состоящего из горизонтальных слоев, пересеченных роями вертикальных магматических каналов, известных как дайки. Они образуются, когда расплавленная порода пробивается сквозь трещины и остывает внутри них. Большие группы таких интрузий, называемые дайковыми роями, сохраняют запись интенсивной вулканической активности еще долго после застывания магмы. Команда также обнаружила необычно низкие скорости сейсмических волн внутри плиты, что позволяет предположить, что магма, поднимающаяся из глубин Земли, не просто прошла сквозь плиту — она, вероятно, изменила ее химический состав.

OJP находится под западной частью Тихого океана и является крупнейшим океаническим плато в мире, образовавшимся примерно 110–120 миллионов лет назад во время крупнейшего вулканического извержения в истории Земли. Ученые предположили, что извержение выделило достаточно тепла, газов и вулканического материала, чтобы серьезно нарушить глобальную окружающую среду, возможно, способствуя массовым вымираниям путем изменения химии океана, климата и уровня кислорода. Недавние исследования показывают, что событие могло быть вызвано термохимическим плюмом, поднимающимся из глубин мантии — столбом необычно горячего материала, который химически отличается от окружающей мантии и может нести переработанную древнюю океаническую кору. Но до сих пор ученые не до конца понимали, как эта магма влияет на существующую океаническую плиту.

Чтобы изучить плиту под OJP, исследователи проанализировали высокочастотные сейсмические сигналы, называемые волнами Po и So, зарегистрированные океаническими донными сейсмометрами вокруг плато и приборами на близлежащих островах. В обычных условиях эти волны проходят через океанические плиты и многократно рассеиваются на слоистых структурах, позволяя им распространяться на несколько тысяч километров. Но волны, зарегистрированные вблизи OJP, вели себя необычно: волны Po распространялись эффективно, в то время как волны So резко ослабевали. Эта подсказка привела ученых к использованию моделирования сейсмических волн, которое показало, что плита содержит слоистые структуры (горизонтальную слоистость), пересеченные дайковыми роями (вертикальные интрузии). Горизонтальная слоистость позволяет некоторым волнам проходить большие расстояния, в то время как вертикальные интрузии нарушают и ослабляют другие.

Команда также обнаружила, что как волны Po, так и So распространялись значительно медленнее под плато — признак того, что породы горячее, менее жесткие, трещиноватые или химически отличаются от типичного мантийного материала. Они пришли к выводу, что одной структурой нельзя объяснить низкие скорости, и предположили, что магма из термохимического плюма поднялась через плиту, создала дайковые рои, а затем вступила в реакцию с окружающей мантийной породой, вызвав химическую модификацию, известную как рефертилизация. Это происходит, когда магма восстанавливает химические компоненты в мантийной породе, которые ранее были потеряны в процессе частичного плавления. Мантия в основном состоит из перидотита; когда часть плавится, некоторые элементы удаляются, и более поздняя магма может вернуть их, изменяя минеральный состав и физические свойства породы.

Результаты показывают, что массивные вулканические события могут не просто покрыть морское дно лавой — они могут раздробить океаническую плиту, образовать обширные дайковые сети и изменить химический состав плиты.