Международная команда ученых из Даремского и Генуэзского университетов обнаружила под ледяным панцирем Восточной Антарктиды масштабное геологическое образование, скрытое под более чем тремя километрами льда.
Новая структура получила название "Веерообразная провинция бассейнов Восточной Антарктиды". Оказалось, что такие известные подледные образования, как бассейны Уилкса и Авроры, а также впадина под озером Восток, не изолированы друг от друга. Все они части единого тектонического пазла колоссального масштаба.
Структура сформировалась в результате так называемого распределенного вращательного растяжения земной коры. Ученые объясняют этот процесс через простую аналогию с человеческой рукой – основание большого пальца остается неподвижным, а остальные пальцы расходятся веером. Именно по такому принципу растягивалась кора, а в образующихся зазорах формировались огромные треугольные впадины.
Появление провинции связывают с древними тектоническими процессами во время распада суперконтинента Гондвана. Не исключено, что этот же геологический сдвиг сыграл роль в последующем отделении Антарктиды от Австралии.
Чтобы воссоздать картину скрытого каменного рельефа, исследователям пришлось объединить данные гравиметрии, магнитных полей, сейсмологии и топографии. Дополнительно было смоделировано, как высоко поднялась бы земная поверхность без ледяной нагрузки. По расчетам, в ряде мест материк мог бы "вырасти" почти на километр.
Практическое значение открытия выходит далеко за рамки геологии. Скрытый рельеф напрямую управляет тем, как движется крупнейший ледяной щит планеты и как распределяются потоки подледных вод. Точное знание расположения этих бассейнов позволит климатологам значительно точнее прогнозировать устойчивость уязвимых регионов Антарктиды в условиях глобального потепления.
Гравитационная яма под Антарктидой – область с аномально слабой гравитацией – давно занимала умы ученых. В условиях нарастающих климатических угроз исследователи стремятся лучше понять это явление, и недавно получили важную зацепку.
Как выяснилось, изменения гравитации Антарктиды тесно связаны с серьезными климатическими и геологическими сдвигами в регионе. Историческая реконструкция гравитационной ямы, описанная в журнале Scientific Reports, показала, что аномалия изначально была слабее, но усилилась между 50 и 30 миллионами лет назад, когда континент покрылся массивными ледниками.
Впрочем, ученые пока не определили, как именно гравитационная яма может влиять на Антарктиду, особенно на фоне усугубляющихся последствий изменения климата.
Геоид – это неровная поверхность океана, форма которой определяется гравитационным влиянием Земли. Сила тяжести варьируется в разных регионах планеты, хотя эти различия настолько малы, что люди их не ощущают. Для человека изменения гравитации незаметны, но для воды даже небольшие колебания имеют значение.
Эти вариации существенно влияют на земные океаны. Вода стремится в области с более сильной гравитацией, так что уровень моря в регионах с относительно низкой гравитацией, вроде Антарктиды, обычно ниже ожидаемого.
"Низкое" здесь означает "широкую впадину в гравитационном поле Земли, вызванную дефицитом массы на глубине", – пояснили исследователи из Парижского института физики Земли.
Для реконструкции трехмерной структуры недр Земли команда использовала записи землетрясений по всему миру, а также сейсмические, геодинамические и минерально-физические данные. Модель учитывала динамику мантии, данные гравитационного поля и изменения в ротационном поведении планеты.
Представьте, что вы делаете компьютерную томографию всей Земли, но у нас нет рентгеновских лучей, как в больнице. У нас есть землетрясения. Волны от землетрясений обеспечивают "свет", который освещает недра планеты.
Затем исследователи применили схожую технику, чтобы "перемотать назад движение пород внутри Земли и проследить изменения за последние 70 миллионов лет". Симуляции показали, что изначально гравитационную яму вблизи Антарктиды создавал холодный плотный материал, погружающийся в глубокие слои мантии.
Примерно между 50 и 30 миллионами лет назад более горячая и легкая мантия начала подниматься из глубин, перераспределяя массу по континенту. Сочетание опускающейся холодной мантии и поднимающейся горячей усилило общий дефицит массы под Антарктидой.
Так как уровень моря и динамика приливов влияют на климатические паттерны, ученые считают, что лучшее понимание гравитационной ямы даст новые знания о геологической истории Антарктиды – особенно с учетом угроз, нависших над регионом сегодня.
Антарктический полуостров переживает беспрецедентную аномалию: в разгар южной зимы температура на аргентинской базе Эсперанса достигла 15.4°C, что на целых 20°C выше нормы для начала июня. Предыдущий зимний рекорд, державшийся с 1998 года, оказался превышен сразу на 2°C. Соседние станции Марамбьо и Сан-Мартин также зафиксировали рекордные показатели в тот же период.
Климатолог Рауль Кордеро из Университета Гронингена не скрывает потрясения:
Это абсолютное безумие. Такая аномалия огромна.
Особенно тревожит продолжительность аномалии: максимальная суточная температура не опускалась ниже нуля на протяжении трёх недель подряд. Для полярной зимы это нечто из ряда вон выходящее.
Антарктический полуостров давно считается одной из самых быстро прогревающихся точек на Земле. С 1950 года средняя температура здесь выросла почти на 3°C, а темп потепления в пять раз превышает общемировой. Среди ключевых механизмов этого процесса выделяется сокращение морского льда: когда лёд тает, обнажается тёмная поверхность океана с низким альбедо, которая активнее поглощает солнечное тепло. Это разгоняет дальнейшее таяние, образуя самоподдерживающуюся петлю.
Последствия нынешней волны тепла уже видны невооружённым глазом. Кордеро сообщил, что обширные территории на севере континента остались без снежного покрова, что нетипично для антарктического пейзажа в это время года. Полярный климатолог Томас Катон Харрисон из Британской антарктической службы добавил, что значительная часть осадков выпадает в виде дождя, а не снега:
Это создаёт проблемы для моих коллег на базах, поскольку жидкие осадки образуют сток и лёд. Под угрозой и экосистемы полуострова, в том числе колонии пингвинов.
Чилийские гляциологи Луис Муньос и Наталья Местре поднялись на 500-метровую вершину ледника Коллинз на острове Кинг-Джордж и обнаружили, что дождь активно разрушает лёд.
Прямое воздействие на ледник налицо, а ведь сейчас он должен накапливать снег. Абляция в зимний период не должна происходить в принципе, и ничего хорошего в этом нет.
Учёные предупреждают, что зимние волны тепла подобного масштаба будут возникать всё чаще по мере дальнейшего потепления на полуострове. Установленный в июне рекорд может оказаться временным явлением на фоне долгосрочного тренда.
В 2006 году геофизик из Огайо Ральф фон Фрезе и его ассистент Патрик Поттс занимались анализом данных американо-германских спутников-близнецов GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Главная задача этой миссии — поиск гравитационных аномалий на нашей планете, связанных с неравномерным распределением пород под поверхностью.
Два аппарата движутся по одной орбите на небольшом расстоянии друг от друга. Изменения гравитационного поля заставляют их то сокращать, то увеличивать дистанцию. Фиксируя эти изменения, ученые получают возможность составить подробную карту гравитационных аномалий на Земле.
В районе Земли Уилкса, одного из самых недоступных регионов Антарктиды, группировка GRACE зафиксировала нечто странное. Под километрами льда вырисовывалась структура, напоминающая гигантскую мишень: чередующиеся зоны с повышенной и пониженной плотностью пород, расходящиеся от центра.
Диаметр структуры — почти 480 километров, так что внутри можно было бы без проблем уместить 70 таких городов, как Москва.
Что скрывается подо льдом?
Ученые предположили, что это ударный кратер, сформировавшийся после падения астероида. Вероятно, крупнейший на Земле, превосходящий даже южноафриканский Вредефорт с его 300 километрами.
Но самое захватывающее — не размер, а время появления.
Предполагается, что удар произошел около 252 миллионов лет назад. Именно тогда на Земле случилось то, что геологи называют двумя словами — "Великое вымирание". За относительно короткий срок исчезло примерно 96% морских видов и 70% наземных позвоночных. Это была самая масштабная катастрофа в истории земной жизни, на фоне которой событие, приведшее к гибели динозавров около 66–67 миллионов лет назад, — небольшая встряска.
Но как определили возраст, если кратер скрыт под трехкилометровой толщей льда?
На помощь пришли косвенные геологические методы. Ученые выявили два события: одно гарантированно произошло до удара, другое — после. Это позволило установить, что возраст кратера лежит в диапазоне от 100 до 500 миллионов лет.
Во-первых, спутники зафиксировали под кратером маскон — плотный сгусток мантийного вещества, спрессованного ударом. Земная кора постоянно движется, и моделирование показывает, что под действием тепла планеты маскон "рассосался" бы максимум за 500 миллионов лет. Так определили верхнюю границу.
Во-вторых, около 100 миллионов лет назад суперконтинент Гондвана начал раскалываться, и прямо через кольцевые структуры прошел тектонический разлом, отделивший будущую Австралию. Если бы удар произошел позже, кратер не застал бы Австралию соединенной с этим местом. Значит, удар был раньше.
Определив диапазон, ученые применили метод антиподального вулканизма. Когда массивное тело бьет в Землю, ударная волна проходит планету насквозь и фокусируется в противоположной точке — на антиподе. В теории это может привести к расколу коры и излиянию лавы. Моделирование показало, что около 250-252 миллионов лет назад Земля Уилкса находилась напротив Сибири, где в тот период произошла величайшая вулканическая катастрофа в истории — излияние Сибирских траппов. Датировка этого события установлена точно благодаря радиоизотопному анализу базальтов.
Таким образом, согласно предложенной гипотезе, ударная волна от падения астероида в Антарктиде "пробила" планету насквозь и вызвала мегаизвержения в Сибири, ставшие ключевой причиной "Великого вымирания".
Как проверить гипотезу?
Казалось бы, нужно всего лишь пробурить три километра льда и расставить точки над "i". В чем проблема?
Проблема в масштабе. Три километра антарктического льда — это не корочка на озере, а многовековой монолит, спрессованный давлением и временем. Бурение такой толщи — операция, по сложности сравнимая с космической миссией: колоссальные деньги, экстремальные условия, годы подготовки.
И даже если пробурить, нет гарантии попасть в нужную точку. Определить возраст структуры — одно, а доказать ее космическое происхождение — совсем другое. Для этого нужно найти либо шоковый кварц, образующийся только при ударах чудовищной силы, либо следы иридия — редкого металла, который приносят метеориты. Без этих "улик" гравитационная аномалия так и останется просто аномалией. Теоретически она может объясняться и скрытым древним вулканом, и особенностями коренных пород, не имеющими к космосу никакого отношения.
Ситуация весьма ироничная: у человечества нет денег, чтобы разгадать одну из величайших тайн земной истории, но при этом из каждого утюга доносятся разговоры о скорых полетах на Марс, строительстве баз на Луне и достижении подледного океана Европы, залегающего на глубине около 30 километров.
Всего 20 лет назад идея, что где-то во Вселенной существуют алмазы диаметром в тысячи километров, воспринималась научным сообществом как фантастика. Но сегодня это доказанный факт: некоторые белые карлики действительно способны превращать свои "внутренности" в гигантские кристаллы углерода — самые большие "бриллианты" во Вселенной.
Белый карлик — это то, во что в конце жизненного цикла превращается звезда небольшой или средней массы, когда запасы ее "топлива" для продолжения термоядерных реакций заканчиваются. Светило сбрасывает оболочки, и на его месте остается сверхплотное ядро размером с Землю, но с массой до 1,44 солнечных.
Этот звездный "огарок" постепенно остывает, и через миллиарды лет начинается самое интересное.
Под чудовищным давлением в миллиарды атмосфер углерод в ядре начинает кристаллизоваться. Атомы выстраиваются в идеальную кубическую решетку, почти идентичную алмазной. В итоге внутри белого карлика вырастает единый кристалл колоссальной массы.
Первый объект такого рода был найден в 2004 году.
Белый карлик BPM 37093 в созвездии Центавра, удаленный примерно на 50 световых лет от Земли, получил неофициальное прозвище "Люси" — в честь песни The Beatles "Lucy in the Sky with Diamonds". С помощью астросейсмологии (анализ пульсаций звезд для изучения их внутренней структуры), команда ученых из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики выяснила, что около 90% массы Люси уже закристаллизовалось. Диаметр алмазного ядра — около 9 000 километров, а его масса — примерно 10³¹ кг (в 1,1 раза больше массы Солнца).
Примечательно, что в процессе перестройки углерода высвобождается скрытая теплота фазового перехода. Это отсрочивает охлаждение белого карлика на 2-4 миллиарда лет. Выходит, что кристаллизация — это еще и природный "обогреватель", который продлевает жизнь угасающей звезды.
С тех пор было обнаружено нескольких десятков кандидатов с кристаллизованными ядрами. Данные, полученные с помощью космического телескопа ESA Gaia и наземной обсерватории Gemini показывают, что примерно каждый десятый белый карлик в определенном диапазоне масс и возраста проходит стадию "алмазного сердца".
Прямо сейчас во Вселенной вращается бесчисленное множество гигантских "алмазов", которые будут сиять еще миллиарды лет после того, как погибнет Солнечная система.
Комментарии