Край бреговете на Орегон неспокоен подводен вулкан, наречен Аксиален подводен връх (Axial Seamount), е наблюдаван от учените в продължение на десетилетия.

С помощта на инструменти, разположени на морското дъно, те следят кога се раздува, кога трепери и приблизително кога ще изригне. Но досега никой не беше виждал какво всъщност се крие във вътрешността му.

Когато екип от изследователи най-накрая успява да картографира вътрешността на вулкана в три измерения, структурата му не съответства на прогнозите в учебниците. Липсва нещо, което геолозите са приемали за универсален елемент.

Стандартният модел

В продължение на десетилетия геолозите разчитат на ясен модел. Над дълбока магмена камера са разположени два отделни слоя: потоци от лава на повърхността, а под тях – по-дебела зона от вертикални пукнатини, запълнени със застинала магма.

Както сондажните проби, така и древни участъци от морското дъно, изложени на сушата, потвърждават този модел. Пукнатините захранват всяко изригване, лавата се охлажда и така, плоча по плоча, се образува нова океанска кора.

Този механизъм работи добре при много океански хребети. Но какво се случва на места, където „гореща точка“ – постоянен източник на топлина, издигащ се от дълбините на Земята – изпомпва магма в един и същи участък в продължение на стотици хиляди години? Това е съвсем различен случай.

Д-р Сатиш Сингх от Института по физика на Земята в Париж (IPGP) и екип от американски колеги се заемат да търсят доказателства.

Картографиране на Аксиалния подводен връх

Аксиалният подводен връх се намира на около 480 километра (300 мили) от брега на Орегон, където хребетът Хуан де Фука – разлом на тихоокеанското дъно – се среща с горещата точка Коб. На дълбочина от 1400 метра (4600 фута) се намира подковообразен кратер.

Вулканът е изригвал три пъти в най-новата история – през 1998, 2011 и 2015 г. През 2019 г. изследователски кораб тегли кабели със звукоприемници над участък от морското дъно с размери 40 на 16 километра (25 на 10 мили) над вулкана. Той изпраща звукови вълни през скалите и записва ехото.

Екипът на Сингх обработва тези записи с по-прецизни методи от използваните в предишно проучване, като картографира вътрешността на вулкана чак до разтопената скала под него.

Липсващият слой

Новите триизмерни изображения показват нещо, което учебниците не предвиждат. Дебелата зона от вертикални пукнатини – наречена „пластови дайки“ – би трябвало да се намира между лавата и магмата. Но нея я няма.

Слоевете от застинала лава се простират на дълбочина над 3000 метра (9800 фута), достигайки чак до горната част на магмения резервоар. Между тях няма нищо.

Все пак трябва да съществуват някакви вертикални пукнатини, тъй като лавата трябва да достигне повърхността по време на изригванията. Но в по-голямата част от изследваната зона класическият слой от дайки липсва.

Слоевете лава показват и друга странност. Вместо да са разположени хоризонтално, те са наклонени навътре, извивайки се надолу към централния кратер. По-дълбоките слоеве са наклонени по-стръмно – до 18 градуса в близост до магмата.

Екипът на Сингх свързва това с две вероятни причини. Разломите от двете страни на вулкана бавно се раздалечават, отваряйки пространство под него. Големите изригвания също могат да изтощят резервоара, карайки морското дъно да пропадне. Впоследствие прясната лава запълва образувалата се падина.

Магмата се движи настрани

Тук изненадата става още по-голяма. Триизмерните изображения показват как разтопена скала се разпространява навън по самите слоеве лава.

Тези плоски пластове магма – наречени „топилни прагове“ (melt sills) – се инжектират странично в по-старата лава, вместо да се издигат през вертикални пукнатини.

Досега никой не беше наблюдавал директно такъв тип странично проникване във вътрешността на горната кора на активен вулкан.

Това странично движение предполага, че „водопроводната система“ на вулкана работи по начин, който стандартният модел никога не е отчитал. Архитектурата му е напълно различна.

Когато кората поглъща сама себе си

По-дълбоките слоеве лава достигат директно до горещия магмен резервоар – триизмерните изображения показват, че двете са в пряк контакт.

Напоената с вода океанска скала се топи при около 800°C (1470°F), което е доста под температурата на прясната магма, надхвърляща 1093°C (2000°F).

Екипът на Сингх смята, че този контакт е достатъчен, за да разтопи старата лава и да я върне обратно в магмата отдолу. Тук кората не просто расте. Възможно е тя също да се рециклира.

Идеята не е нова – геохимици са намеквали за подобно смесване въз основа на необичайния химичен състав на лавата. Но триизмерните изображения показват физическата структура, която би го направила възможно.

Паралели с Исландия

Наклонени слоеве лава като тези са откривани само на още едно място – Исландия, която също се намира над гореща точка. Там слоевете се спускат навътре към разширяващия се хребет, подобно на Аксиалния подводен връх.

Предишни изследвания са обяснявали наклона с огромното тегло на натрупаната лава. Сега изследователите предполагат, че нещо друго може да причинява по-голямата част от огъването – спадането на магмения резервоар след всяко голямо изригване.

Ако това се потвърди, рецептата за изграждане на кора при хребети, захранвани от горещи точки – включително хребетът, изградил самата Исландия – може да изглежда много по-различно. Дебелият слой от дайки може да се образува само там, където притокът на магма е по-слаб.

Бъдещето на Аксиалния подводен връх

Аксиалният подводен връх е на прага на ново голямо изригване. Вулканът отново се е раздул след 2015 г., а сеизмичният мониторинг показва, че се подготвя за следваща ерупция.

Инструменти, разположени в подводна обсерватория, ще записват динамиката на геоложката система в реално време – издигането на свежа магма, свиването на резервоара ѝ и пропадането на морското дъно.

Откритието променя изцяло представата за структурата на горната земна кора при хребети, подхранвани от горещи точки. Вместо да прилича на подредена двуслойна торта, тя представлява купчина от лавови потоци, пронизани от хоризонтални пластове разтопена скала. Освен това кората е частично разтопена в зоната на контакт с магмения резервоар под нея.

Изследователите, които изучават Исландия, древни плочи от морското дъно, изложени на континентите, и други подобни хребети, вече разполагат с нов модел за сравнение. Това налага сериозна преработка на общоприетите теории за формирането на океанското дъно.

Проучването е публикувано в списание „Нейчър Комюникейшънс“.