Геофизики объяснили аномалию Апеннин: кора Италии растягивается вдвое быстрее границ

Центральная Италия — один из самых сейсмически активных регионов Европы. Землетрясения здесь происходят с пугающей регулярностью, разрушая исторические города от Л'Акуилы до Аматриче. Однако с точки зрения классической теории тектоники плит геологическое поведение Апеннинского полуострова долгое время содержало фундаментальное противоречие. Горные хребты на Земле обычно формируются в результате прямого сближения крупных литосферных плит: сжатие сминает породы в складки, кора утолщается, поверхность поднимается. В Апеннинах этот порядок нарушен — в осевой части хребта кора не сжимается, а непрерывно разрывается и растягивается, тогда как на восточном побережье, у Адриатического моря, синхронно фиксируется сжатие.

Более того, высокоточные спутниковые измерения показывают аномалию скоростей: расстояние между краями региона увеличивается медленнее, чем растягивается его горная сердцевина. Чтобы система сохраняла непрерывность, избыток внутреннего движения должен компенсироваться направленным навстречу сжатием внешнего края. Геологический массив деформируется под действием сил, источник которых находится внутри самой коры, а не передается от внешних материковых границ.

Группа исследователей под руководством профессора Стефано Тавани из Флорентийского университета опубликовала в журнале Communications Earth & Environment комплексный анализ, объясняющий этот механизм. Интеграция спутниковой геодезии, сейсмических данных и расчетов упругости показала: под Апеннинами происходит непрерывное расслоение земной коры, которое смещается с запада на восток и полностью определяет геометрию возникающих напряжений.

Чтобы понять природу проблемы, необходимо сопоставить направления и скорости движения литосферных блоков в регионе. Первое противоречие связано с направлением тектонических сил. В глобальном масштабе Африканская плита движется на северо-запад, медленно сближаясь с Евразией. Однако ось деформации Апеннинского хребта развернута поперек этого движения: сжатие на внешнем крае и растяжение внутри пояса происходят строго по линии юго-запад — северо-восток. Угол между движением плит и деформацией хребта близок к прямому. Следовательно, столкновение Африки и Европы не может быть причиной наблюдаемых смещений.

Второе противоречие касается истории Тирренского моря к западу от Апеннин. В течение последних миллионов лет здесь действовал классический механизм: океаническая плита погружалась в мантию, а зона ее изгиба отступала на восток, растягивая тыловую область и формируя впадину Тирренского моря. Однако около двух миллионов лет назад раскрытие бассейна полностью завершилось. Образование глубоководной коры прекратилось, границы моря зафиксировались. По логике тектоники плит растяжение в хребте должно было остановиться. Этого не произошло: зона активных деформаций оторвалась от мертвого морского бассейна и продолжила движение на восток, локализовавшись внутри горного пояса.

Третье противоречие заключается в абсолютных скоростях деформации. Спутниковые станции фиксируют устойчивый баланс: расхождение между стабильным блоком Сардинии и Корсики на западе и береговой линией Адриатики на востоке составляет 2 миллиметра в год. Это общее расширение системы. При этом поперечное растяжение непосредственно в гребневой части Апеннин достигает 4 миллиметров в год. Внутренняя часть территории растягивается в два раза быстрее, чем удаляются друг от друга внешние границы. Этот избыток скорости в 2 миллиметра в год в точности равен скорости встречного сжатия, которое приборы регистрируют на адриатическом шельфе. Горный пояс расширяется изнутри, одновременно сминая собственный восточный край.

Для описания явления ученые объединили данные двух взаимодополняющих спутниковых систем: навигации (GNSS) и радарной интерферометрии (InSAR). Сети GNSS непрерывно фиксируют координаты контрольных точек, позволяя рассчитать горизонтальные скорости с точностью до десятых долей миллиметра в год. Радары космической программы «Коперник» сканируют местность с орбиты, измеряя изменения высоты поверхности на площадях в сотни квадратных километров.

Карта скоростей показала четкую структуру. Западный край региона практически неподвижен относительно стабильной Евразии. По мере продвижения к центру хребта скорость движения грунта на северо-восток резко нарастает, достигая пика в 4 миллиметра в год. Это область активного растяжения коры. Затем, при переходе через линию максимальных высот в сторону Адриатики, скорость горизонтального движения резко падает до 2 миллиметров в год. Такой спад означает, что восточный край коры упирается в препятствие и испытывает интенсивное горизонтальное сдавливание. Радарные профили вертикальных движений выявили параллельную закономерность: полоса активного растяжения совпадает с зоной быстрого локального поднятия горных массивов, а восточнее, перед зоной сжатия, поверхность, напротив, испытывает устойчивое прогибание и опускание.

Сейсмические каталоги за последние сорок лет подтверждают это разделение. В центральной части гор все очаги землетрясений на глубинах до 15 километров связаны с нормальными сбросами — разрывами, возникающими при растяжении коры, когда один блок породы соскальзывает вниз относительно другого. На восточном побережье и в акватории Адриатики фиксируются исключительно взбросы и надвиги — разрывы, возникающие в условиях сжатия, когда породы вдавливаются друг под друга.

Причину поверхностных деформаций выявило глубинное сейсмическое зондирование. Граница между базальной частью земной коры и подстилающей ее ультраосновной мантией называется поверхностью Мохоровичича. Под Апеннинами она имеет аномальную, ступенчатую структуру: здесь присутствуют две разные поверхности раздела, налегающие друг на друга. С запада на восток протягивается мелкая граница Мохо Тирренского бассейна глубиной около 20–25 километров. Под нее полого уходит восточная, Адриатическая граница Мохо, залегающая на глубинах от 35 до более чем 50 километров. Зона их взаимного перекрытия превышает 500 километров в длину, вытягиваясь вдоль всей центральной и северной части полуострова.

Эта зона маркирует процесс внутрикоровой деламинации — расслоения. Литосферная плита состоит из трех основных механических слоев: легкой верхней коры, более пластичной нижней коры и плотной литосферной мантии. Под Апеннинами нижняя часть адриатической плиты оторвалась от верхнего слоя. Тяжелая литосферная мантия вместе с прилегающей нижней корой отделяется и погружается в глубь Земли, в горячую и менее вязкую астеносферу. Верхняя кора, обладающая меньшей плотностью и высокой плавучестью, не может погрузиться в плотную мантию: она отделяется по пологой горизонтальной плоскости срыва и остается на поверхности. Линию, вдоль которой происходит этот отрыв, авторы называют шарниром деламинации. Поскольку погружающийся край плиты продолжает непрерывно оттягивать за собой верхние слои, шарнир медленно смещается на восток, увлекая за собой зону растяжения и заставляя горный хребет буквально расстегиваться изнутри.

Именно это глубинное движение объясняет и парадоксальную сейсмичность, и странную геометрию деформаций, которые до сих пор ставили геологов в тупик. Апеннины оказались не результатом лобового столкновения континентов, а следствием отрыва и погружения собственного основания — процесса, который продолжается прямо сейчас и будет определять облик полуострова еще миллионы лет.