Кластерный анализ выявляет нарастание плумоподобного магматизма при прогрессивном рифтинге в Афаре (Эфиопия)

Скрытый двигатель под разрывающимся континентом

На северо‑востоке Африки земная кора растягивается с такой силой, что ожидается образование нового океана. Депрессия Афар в Эфиопии и Джибути — одно из немногих мест на суше, где этот процесс можно наблюдать в действии. В этом исследовании поставлен на первый взгляд простой, но важный вопрос: по мере разрушения континента как меняется расплавленный материал, питающий его вулканы, и какая доля этой магмы происходит из глубокого, горячего мантийного плюма, а не из более обычных частей внутренней структуры Земли?

Чтение прошлой истории Земли по застывшей лаве

Когда извергаются вулканы, их лавы остывают в породы, сохраняющие химическую память о том, где и как они образовались. В Афаре извержения происходили в течение десятков миллионов лет — от ранних обширных лавовых плато до более молодых узких вулканических хребтов, видимых сегодня. Авторы составили большую базу данных более чем тысячи образцов пород со всего региона. Для каждого образца были получены подробные измерения основных элементов, микроэлементных концентраций и изотопов — различные химические отпечатки, которые в совокупности могут указать на глубину плавления, минералы, оставшиеся в остатке, и на то, брался ли источник магмы из глубокого плюма, обеднённой мантии, как под срединно‑океаническими хребтами, или из кусков древнего континентального ядра.

Дать данным самим себя сгруппировать

Традиционно геологи сортировали такие данные вручную, строя графики по двум‑трем переменным и выделяя группы по местоположению или возрасту. В этой работе команда вместо этого использовала методы неконтролируемого машинного обучения — кластерный анализ — чтобы позволить данным самим образовывать группы. Применялись два метода кластеризации — иерархический и K‑means — и их согласованность оценивали с помощью статистической меры, называемой коэффициентом сходства Дайса, чтобы определить, сколько на самом деле существует различных групп. Отдельные тесты проводились для основных элементов, для ключевых соотношений микроэлементов, чувствительных к условиям плавления, и для изотопных соотношений, отслеживающих долго живущие мантийные резервы. Такой подход уменьшил человеческую предвзятость и позволил искать тонкие, но последовательные закономерности по всему рифту.

Разные глубины — разные «вкусы» магмы

Кластеризация подтвердила, что большая часть магм Афара эволюционирует по общему пути, контролируемому постепенной кристаллизацией и удалением минералов, таких как оливин, пироксен и полевые шпаты, по мере остывания магмы. Но кластеры по микроэлементам выявили и иное: лавы Центрального и Южного Афара делятся на две основные группы, отражающие изменение глубины начала плавления. Более старые лавы черпали из более глубоких частей мантии, тогда как молодые «осевые» магмы, питающие современные разломы, происходят из более мелких уровней. Это согласуется с идеей, что по мере прогрессирования рифтинга и истончения коры зона начала плавления поднимается вверх.

Неожиданное усиление влияния глубокого плюма

Северный Афар, однако, рассказал иную историю. Там кластерный анализ как по микроэлементам, так и по изотопам выделил лавы в отдельную группу с заметными «плумоподобными» признаками: повышенными соотношениями некоторых изотопов свинца и моделями микроэлементов, напоминающими базальты океанических островов, которые обычно связывают с мантийными плюмами. Химия указывает на более интенсивное плавление мантии, модифицированной минералами, содержащими воду, такими как амфибол, вероятно вносимыми афарским мантийным плюмом. Вместо постепенного перехода к более однородным, обеднённым составам, характерным для срединно‑океанических хребтов, магмы в наиболее сильно растянутой части рифта становятся более доминируемыми плюмом по мере приближения расхождения континента.

Что это значит для рождения нового океана

Для неспециалиста главный вывод таков: континентальное расхождение не является плавным, односторонним переходом от «доминирования плюма» к «обычному океаническому» магматизму. В Афаре глубокий мантийный плюм, по-видимому, фокусируется под самым истончённым участком континентальной коры, усиливая своё химическое влияние как раз на финальных стадиях перед формированием полноценного океанского бассейна. Иными словами, по мере того как кора Африки там растягивается и ослабляется, она становится всё более эффективным каналом для прорыва горячей магмы, подпитываемой плюмом, на поверхность. Это открытие указывает на то, что глубокие плюмы могут играть активную, устойчивую роль в рассечении континентов и формировании химического облика новорождённых океанических дн, которые они оставляют после себя.

Цитирование: Tortelli, G., Crescenzi, P., Pagli, C. et al. Cluster analysis reveals increasing plume-like magmatism during progressive rifting in Afar (Ethiopia). Sci Rep 16, 6843 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35961-0

Ключевые слова: Афарский рифт, мантийный плюм, континентальное расхождение, химия магмы, машинное обучение в геологии