Под Гавайями учёные обнаружили загадочную структуру, которая может объяснить, почему вулканическая горячая точка архипелага остается стабильной миллионы лет. Речь идет о гигантской плотной "капле" на границе ядра и мантии, способной влиять на движение тепла из глубин Земли. Новые данные меняют представления о том, как формируются мантийные шлейфы и почему одни вулканические зоны почти не смещаются. Об этом сообщает Live Science.
Что скрывается на глубине почти 2900 километров
Исследовать внутренности Земли напрямую невозможно: граница ядра и мантии находится примерно на глубине 2900 км. Единственный способ заглянуть туда — анализировать сейсмические волны, возникающие при мощных землетрясениях.
В последние годы внимание геофизиков привлекли зоны сверхнизкой скорости (ULVZ). Это участки, где P- и S-волны заметно замедляются, что обычно указывает на необычный состав или плотность пород.
Одна из самых крупных таких аномалий расположена под Гавайями. Ее размеры настолько внушительны, что исследователи называют ее "мега-ULVZ". По расчетам, структура простирается более чем на 1000 км в ширину и имеет толщину около 20-40 км.
Почему ученых заинтересовало совпадение с горячей точкой
Мега-ULVZ находится прямо под гавайской горячей точкой — зоной, где мантийный шлейф миллионы лет питает вулканизм архипелага. Такое совпадение сложно считать случайным.
Мантийный шлейф представляет собой поток горячей породы, поднимающийся из глубин к поверхности. Когда он достигает литосферы, начинается активный вулканизм. Именно так образовалась цепочка Гавайских островов: Тихоокеанская плита медленно смещалась над относительно неподвижным источником тепла.
Поэтому ученые предположили, что подземная структура может играть роль своеобразного "якоря", удерживая шлейф в стабильном положении десятки миллионов лет.
Новая версия: структура оказалась твердой, а не расплавленной
Ранее многие исследователи считали, что ULVZ — это участки частично расплавленной мантии. Однако новое исследование, опубликованное в Science Advances, показало обратное.
Команда ученых из Института Карнеги, Имперского колледжа Лондона и Сеульского национального университета использовала объединенный анализ P- и S-волн, а также методы сейсмической томографии. Это позволило получить трехмерную картину аномалии.
Результаты указывают, что мега-ULVZ под Гавайями не содержит значительных объемов расплава. Напротив, он представляет собой твердую и крайне плотную структуру, богатую железом. Основной минерал, который в ней предполагается, — магнезиовюстит (Mg, Fe) O.
Почему железо меняет поведение глубинных пород
Железосодержащие минералы отличаются высокой плотностью и хорошей теплопроводностью. Это значит, что мега-ULVZ способен участвовать в перераспределении тепла, поступающего от ядра Земли.
Исследователи считают, что такая структура может работать как "тепловая линза", концентрируя энергию и создавая условия для формирования устойчивого мантийного шлейфа.
"Высокое содержание железа в глубинных породах меняет их теплопроводность и плотность, а значит — влияет на то, как именно распределяется энергия в мантии и где возникают долгоживущие очаги вулканизма", — считает геолог, обозреватель Pravda. ru Алексей Сергеевич Трофимов.
По оценкам, содержание оксида железа в этом участке превышает 20% по объему, что значительно больше, чем в окружающей мантии.
Как это связано со стабильностью гавайских вулканов
Гавайская горячая точка считается одной из самых устойчивых на планете. Она действует минимум 70 миллионов лет, формируя цепочку островов и подводных вулканов.
Новая гипотеза объясняет эту устойчивость: плотная железистая структура может локально замедлять мантийную конвекцию и стабилизировать источник тепла. Таким образом, шлейф сохраняет положение, даже когда литосферные плиты движутся над ним.
Откуда могла появиться эта мега-капля
Происхождение структуры пока остается открытым вопросом. Ученые рассматривают несколько сценариев: от остатка древнего магматического океана до накопления вещества из погружающейся океанической коры при субдукции.
В обоих случаях речь идет о крайне древнем материале, который мог сохраняться миллиарды лет, почти не смешиваясь с остальной мантией.
Популярные вопросы о мега-ULVZ под Гавайями
Что такое ULVZ простыми словами?
Это участок на границе ядра и мантии, где сейсмические волны резко замедляются, что говорит о необычных свойствах пород.
Почему мега-ULVZ под Гавайями так важен?
Он расположен прямо под вулканической горячей точкой и может объяснить, почему она сохраняет стабильность десятки миллионов лет.