Тектонический сюрприз: горы Тибета создал подъем мантии, а не Большое Сжатие

Традиционно столкновение континентов Индии и Азии и поднятие Тибетского плато объяснялись непрерывной конвергенцией в течение всего кайнозоя. Эти представления основывались на двух ключевых предпосылках: что столкновение Индии и Азии продолжается до настоящего времени и что индийский континент постепенно продвигается под центральную часть Тибета.

Новое исследование свидетельствует о том, что формирование Тибетского плато вызвано подъемом мантии. Изображение: ScienceDirect

Новое исследование, опубликованное в ScienceDirect, оспаривает эти утверждения на основе комплексного анализа геологических, геофизических и геохимических данных. Особое внимание в нем уделено хронологии коллизионных процессов, пространственному масштабу их воздействия, а также структурным и составным различиям между коллизионными и постколлизионными структурами. Результаты показывают, что коллизионный орогенез Индии и Азии — процесс формирования гор в результате столкновения (коллизии) двух тектонических плит, был кратковременным и происходил в раннем кайнозое, не сопровождаясь значительным продвижением индийского континента под глубинные районы Тибета.

Новое исследование говорит о том, что подъем Тибетского плато был обусловлен преимущественно мантийной динамикой, развившейся после коллизии, и происходил он в позднем кайнозое. Исследование подчеркивает, что Тибетское плато не является однородной структурой, сформированной в ходе одного коллизионного события, а представляет собой сложную мозаику террейнов — ограниченных разломами геологических тел, нарастающих с юга на север с раннего палеозоя по мезозой.

Концептуальный набросок процессов субдукции-столкновения-субдукции в течение фанерозоя, с финальным столкновением между Индийским и Азиатским континентами в раннем кайнозое. Изображение: Science China Press

Эти террейны и зоны их сочленения были повторно активированы в ходе кратковременного столкновения в раннем кайнозое, а не формировались в результате непрерывной коллизии на протяжении всего кайнозойского времени. Наиболее выраженные последствия столкновения Индии и Азии наблюдаются в Гималайском и Гангдесском орогенах.

Важную роль в этом исследовании сыграли сейсмическая томография (метод, позволяющий создать трехмерное изображение внутренних слоев Земли с помощью анализа сейсмических волн) и данные по гелиевым изотопам (разновидности атомов гелия, которые используются для определения возраста и происхождения пород). Эти данные указывают, что субдукция — процесс, при котором Индийская плита погружается под Евразийскую — ограничена глубиной 200–300 км. Это происходит преимущественно под швом Ярлунг-Цангпо, который является геологической границей, отделяющей Индию от южной части Тибетского плато.

Ранее палеомагнитные данные (информация о древних магнитных полях, сохраненных в горных породах) указывали на гораздо большую ширину так называемой Большой Индии — обширной территории, которая, как полагали, ушла глубоко под Евразийскую плиту. Однако новые данные показывают, что это предположение было завышено. Ученые обратили внимание на процесс декуплирования, когда покров (поверхностные слои коры) и фундамент (глубинные слои) смещаются независимо друг от друга. Во время мягкого столкновения (фаза столкновения плит, когда их погружение не слишком глубокое) и мелкой субдукции (ограниченной погружением до 300 км), верхние слои Индийской плиты могли смещаться вперед, создавая иллюзию более широкой территории.

Таким образом, пересмотр данных позволил привести в соответствие оценки геологического укорочения (сокращения расстояния между плитами из-за сжатия) с ранее завышенными оценками расстояний, основанных на палеомагнитных данных. 

Схематическая карта тектонического наложения между индийской и азиатской континентальными окраинами в кайнозое. Изображение: Science China Press

Также исследование показало, что формирование Гималайской горной системы происходило в два этапа, что подтверждается данными о составе пород, их структурой и возрастом. Первый этап — это континентальное столкновение, начавшееся с мягкого контакта плит и перешедшее в глубокую субдукцию. Этот процесс происходил в раннем кайнозое (55–45 млн лет назад) и привел к сжатию земной коры и формированию крупных надвигов — горизонтальных смещений горных пород. Второй этап — это постколлизионная перестройка, вызванная подъемом астеносферы (пластичной части верхней мантии Земли) из-за проседания литосферной мантии. Этот процесс сопровождался плавлением коры, образованием гранитов и поднятием куполообразных структур, что активно происходило в позднем кайнозое (30–10 млн лет назад).

Выводы нового исследования ставят под сомнение прежние интерпретации палеомагнитных и сейсмических данных, касающиеся сжатия земной коры и продвижения Индийской плиты под Евразийскую.