Примерно 22 миллиона лет назад на севере современного Чили произошло крупное вулканическое извержение, оставившее огромный вулканический покров, местами достигавший километровой толщины.
Авторы нового исследования изучили форму и поверхность этого покрова, а затем с помощью моделей развития рельефа оценили верхнюю границу скорости, с которой породы поднимались в этой части Анд до извержения.
Приблизительно 22 миллиона лет назад на западном склоне Центральных Анд, что на территории современного Чили, произошло гигантское извержение из кальдеры Лаука. Оно оставило после себя игнимбрит — отложение, возникшее из раскаленного пирокластического потока, состоящего из газа, вулканического пепла и обломков пород.
Объем этого отложения превышал 1260 кубических километров. В отдельных местах толщина достигала километра. Такие крупные игнимбриты способны покрывать огромные территории — иногда на десятки и даже сотни километров от источника — и формировать почти плоские поверхности с небольшим уклоном.
Это событие словно законсервировало древний ландшафт. Реки и эрозия обычно постепенно стирают следы прошлого, меняют склоны и долины. На территории современного Чили произошло обратное. Огромный объем вулканического материала быстро накрыл поверхность и сохранил ее под толщей пород.
Ученые не могут просто снять этот слой и посмотреть, как выглядела местность перед извержением. Поэтому британская команда геологов и геоморфологов под руководством Байрона Адамса (Byron Adams) из Университетского колледжа Лондона пошла другим путем: предложила использовать игнимбрит как своеобразный геологический архив.
В частности, исследователи хотели с помощью компьютерных моделей развития рельефа понять, каким был рельеф вблизи будущих Центральных Анд до того, как его накрыл гигантский поток вулканического материала, и узнать, что этот рельеф может рассказать о скорости поднятия пород в той местности.
Логика метода достаточно проста. Поскольку игнимбрит полностью перекрыл рельеф и сформировал сравнительно плоскую поверхность, погребенный под ним ландшафт не мог иметь существенно более крутые склоны. Поэтому уклон поверхности игнимбрита задавал верхнюю границу крутизны древнего рельефа.
Сначала Адамс и его коллеги определили, насколько крутым мог быть рельеф, погребенный под игнимбритом. Поверхность сохранившегося покрова имела уклон примерно 1,5 градуса. При таких значениях, согласно выводам исследователей, под игнимбритом может находиться только достаточно пологий ландшафт. Дальше возник другой вопрос: какая скорость поднятия пород могла создать именно такой пологий рельеф?
Для этого ученые запускали компьютерные модели, в которых меняли два условия: как быстро поднимались породы и насколько легко реки их разрушали.
Это важно, поскольку один и тот же пологий рельеф может возникнуть по разным причинам: либо породы поднимались медленно, либо они разрушались достаточно быстро, чтобы сглаживать даже более быстрое поднятие.
Поэтому ученым нужно было учитывать не только скорость подъема, но и то, насколько легко местные породы разрушались под действием рек. Для этого они задали в моделях диапазон значений, характерный для изучаемого района.
Специалисты провели сотни модельных экспериментов, изменяя скорость поднятия пород, потом сравнили полученные данные с формой и толщиной сохранившегося вулканического покрова. Для каждого варианта рассчитывали общий уклон горного рельефа и крутизну речных каналов.
Авторы научной работы пришли к выводу, что под древними вулканическими отложениями мог находиться сравнительно спокойный ландшафт с небольшими перепадами высот. Он больше напоминал низкорельефные предгорья, чем современный высокогорный ландшафт Анд с крутыми склонами. В исследованной части Центральных Анд породы поднимались не быстрее чем на 0,26 километра за миллион лет. Это соответствует примерно 2,6 сантиметра за 100 лет.
В одном из модельных сценариев для формирования рельефа с уклоном около 1,5 градуса потребовалось бы не менее 14 миллионов лет. Это указало на то, что речь идет не о кратковременном периоде быстрого подъема, а о длительном процессе формирования и изменения рельефа.
История Анд важна не только для геологии. Огромная горная система заметно влияет на климат Южной Америке и участвует в формировании погодных условий на больших территориях. Поэтому понимание того, когда и как поднимались Анды, помогает точнее восстановить изменения климата в далеком прошлом.
Однако значение этого открытия не ограничивается историей горной цепи в Южной Америки. Авторы исследования показали, что слои игнимбрита могут сохранять следы рельефа, который существовал перед извержением. Если известен возраст вулканического слоя, а его поверхность сохраняет очертания древнего рельефа, ученые могут не только восстановить, каким был ландшафт миллионы лет назад, но и узнать, как формировались горы.
Научная работа опубликована в журнале Science Advances.
Автор: Игорь Байдов