На протяжении десятилетий ученые ломали голову над двумя громадными загадочными структурами, скрытыми в глубинах Земли. Их масштабы и необычная природа бросают вызов традиционным моделям эволюции планеты.
Новое объяснение этим аномалиям увидело свет в журнале Nature Geoscience. Более того, по словам одного из авторов, геодинамика Ёсинори Миядзаки из Ратгерского университета, оно может указывать на их роль в формировании способности Земли поддерживать жизнь.
Необычные структуры в недрах Земли
Крупные области с низкой скоростью сдвига (LLSVP) и зоны сверхнизких скоростей (ULVZ) расположены на границе между мантией Земли и ее ядром, на глубине почти 2900 километров. LLSVP — это массивные скопления плотной горячей породы размером с континент. Одна находится под Африкой, другая — под Тихим океаном. ULVZ — это тонкие, расплавленные участки, «прилипшие» к ядру, словно лужи лавы. Оба типа структур сильно замедляют сейсмические волны, что указывает на их необычный состав.
«Это не случайные аномалии. Это отпечатки самого раннего периода истории Земли. Если мы поймем, почему они существуют, мы поймем, как сформировалась наша планета и почему она стала обитаемой», — уверен Миядзаки.
Разгадка тайны земной мантии
Миллиарды лет назад, рассказывает исследователь, Земля была покрыта глобальным океаном магмы. Остывая, она должна была, как полагали ученые, образовать четкие химические слои, подобно тому как замороженный сок разделяется на концентрированную и водянистую части. Однако сейсмические исследования не показывают выраженной слоистости. Наоборот, LLSVP и ULVZ беспорядочно нагромождены у основания планеты.
«Это противоречие стало отправной точкой, — объясняет Миядзаки. — Если исходить из модели магматического океана и провести расчеты, мы не получим той картины, которую видим в мантии сегодня. Чего-то не хватало».
Его коллеги пришли к выводу, что недостающий элемент — это само ядро. Их модель предполагает, что за миллиарды лет такие элементы, как кремний и магний, «просочились» из ядра в мантию, смешались с ней и предотвратили четкое химическое расслоение. Эти примеси могут объяснить странный состав аномалий, которые можно рассматривать как затвердевшие остатки того, что ученые назвали «базальным магматическим океаном», загрязненным материалом ядра.
«Мы предположили, что источником может быть материал, просачивающийся из ядра. Если добавить этот компонент ядра, это может объяснить то, что мы наблюдаем сейчас», — говорит геодинамик.
Значение для обитаемости и эволюции Земли
Это открытие важно не только для понимания глубинных химических процессов, подчеркивает Миядзаки. Взаимодействие между ядром и мантией могло повлиять на то, как остывала Земля, как развивалась вулканическая активность и даже как формировалась атмосфера. Это может помочь объяснить, почему на Земле есть океаны и жизнь, в то время как Венера представляет собой раскаленный парник, а Марс — замерзшую пустыню.
«На Земле есть вода, жизнь и относительно стабильная атмосфера, — напоминает Миядзаки. — Атмосфера Венеры в 100 раз плотнее земной и состоит в основном из углекислого газа, а у Марса атмосфера очень разреженная. Мы не до конца понимаем, почему так произошло. Но то, что происходит внутри планеты — то, как она остывает, как эволюционируют ее слои, — может быть важной частью ответа».
Интегрировав сейсмические данные, физику минералов и геодинамическое моделирование, исследование представило LLSVP и ULVZ как ключевые подсказки к процессам формирования Земли. Эти структуры могут даже питать вулканические горячие точки, такие как Гавайи и Исландия, связывая таким образом глубинные недра планеты с ее поверхностью.
«Эта работа — прекрасный пример того, как объединение планетологии, геодинамики и физики минералов помогает нам решать некоторые из древнейших загадок Земли, Идея о том, что глубинная мантия может до сих пор нести химическую память о ранних взаимодействиях ядра и мантии, открывает новые пути для понимания уникальной эволюции Земли», — полагает геофизик Цзе Дэн из Принстонского университета, соавтор исследования.
Каждое новое доказательство помогает заполнить пробелы в ранней истории Земли, совмещая разрозненные находки в более ясную картину ее эволюции.
«Даже имея совсем мало зацепок, мы начинаем выстраивать логичную историю. Это исследование дает нам немного больше уверенности в том, как развивалась Земля и почему она так уникальна», — подытожил Миядзаки.
Обнаружена утечка из ядра Земли
Геологи выяснили, что сделало Землю пригодной для жизни: видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram