Суперкомпьютер показал, как континенты «решают» расколоться или нет
Иногда из «неудач» геологии рождаются уникальные явления. Один из примеров — Среднеконтинентальный рифт в США, образовавшийся около 1,1 миллиарда лет назад. Он проходит через район Великих озер и не расколол континент, как мог бы. Вместо этого литосфера ослабла, образовав котловину, которая позже заполнилась озером Верхнее, а на поверхности проявилась 3000-километровая полоса магматических и осадочных пород.
Суперкомпьютер изучает древние разломы
Исследователи из Университета Мемфиса использовали суперкомпьютер Stampede3 (TACC, США) для моделирования процессов рифтогенеза. Они изучали, как растяжение тектонических плит влияет на литосферу, и выясняли, почему некоторые рифты останавливаются, а другие приводят к распаду континентов. Результаты исследования опубликованы в Scientific Reports.
«Главный вывод в том, что судьба рифта определяется тремя факторами: насколько быстро ослабевает движущая сила, насколько сильна изначально и на какой стадии развития рифт находится, когда теряет эту силу», — говорит аспирант Курувитаж Чамира Сильва.
«Моделируя различные комбинации этих параметров, мы можем понять, когда континентальное растяжение приведет к распаду, а когда остановится», — добавляет руководитель Ынсо Чой
Суперкомпьютер Stampede3
Как моделировали процесс
Команда использовала геодинамический код ASPECT, который учитывает движущие силы растяжения, сопротивление мантии и прочность литосферы. Модели работали с динамическими, а не фиксированными условиями, что позволяет более реалистично имитировать течение миллионов лет.
Каждая 2D-модель задействовала 128 ядер суперкомпьютера на два дня, моделируя процесс на 20 миллионов лет. В исследовании представлено 23 таких модели.
«Stampede3 предоставил ресурсы для проведения сложных исследований параметров и реологических расчетов, которые невозможно было бы выполнить на обычных компьютерах», — отмечает Сильва.
(a) Как со временем менялись силы, действующие на плиту. (b) Как, по расчетам, двигалась литосферная плита. (c) Скорость растяжения в двух моделях; в одной из них движение ускоряется в сторону разлома.(d) Как модель развивалась на разных этапах времени.
Под поверхностью
По мере растяжения литосфера истончается и ослабевает. Если движущая сила слишком мала, рифт останавливается и континент остается цельным. Если движущая сила остается высокой или ослабление происходит медленно, литосфера успевает «созреть», что повышает вероятность раскола континента».
«Если ослабление наступает на поздней стадии, вероятность полного распада растет. Таким образом, зрелость рифта напрямую влияет на его судьбу», — объясняет Чой.
Практическое значение
Результаты помогают понять не только древние разломы, но и процессы в других регионах, где сегодня ведется добыча редкоземельных минералов, геотермальная энергетика и изучение природных рисков.
«Суперкомпьютеры позволяют нам "видеть" процессы, которые никогда нельзя наблюдать напрямую, и проверять гипотезы о формировании континентов», — говорит Сильва.
Исследование показывает, как внутренние процессы Земли связаны с изменениями на ее поверхности. Напряжения, температура и строение литосферы определяют, превратится ли разлом в новый океан или останется «неудавшимся» рифтом, который так и не расколол континент.
