Гигантские структуры в мантии Земли, ставят ученых в тупик: Они находятся там, где их быть не должно, и могут влиять на магнитное поле планеты.
Считалось, что земные недра изучены вдоль и поперек, а глобальная тектоника плит дает исчерпывающие ответы на все вопросы. Но в последние годы наука столкнулась с загадкой, которая переворачивает привычные представления.
Глубоко в мантии Земли, на глубине около 3000 км, обнаружены гигантские структуры, которые ученые уже окрестили «затонувшими мирами». И самое удивительное — они находятся там, где никакой тектоникой не предусмотрены.
Сейсмическая томография: как заглянуть в бездну.
Чтобы понять, что происходит в недрах планеты, ученые используют землетрясения. Сейсмические волны, порожденные подземными толчками, проходят сквозь всю планету и регистрируются станциями по всему миру.
То, как меняется скорость волн, их направление и затухание, позволяет составить трехмерную картину внутреннего строения Земли — примерно так же, как компьютерная томография показывает внутренние органы человека .
Долгое время этот метод давал довольно размытую картину. Но недавно геофизики применили новый подход — инверсию полной формы волны.
Вместо анализа отдельных землетрясений по отдельности, мощные компьютерные модели объединяют показания тысяч сейсмографов в единое четкое изображение. Это как переход от старых черно-белых фотографий к современному 3D-кино.
Именно этот метод и принес сенсацию.
Ученым давно известны так называемые субдуцированные плиты — фрагменты океанической коры, которые погружаются в мантию в зонах столкновения тектонических плит. Такие зоны хорошо изучены, например, вдоль Тихоокеанского огненного кольца. Плита уходит под другую, плавится, перерабатывается — все логично.
Но новые изображения показали нечто странное. Многочисленные структуры, похожие на погруженные плиты, обнаружились в местах, где никогда не было никакой известной тектонической активности. Например, под западной частью Тихого океана.
Как эти структуры там оказались? Вопрос пока без ответа.
Два гиганта: под Африкой и Тихим океаном.
Помимо множества мелких аномалий, существуют две поистине гигантские структуры, которые ученые называют Крупными областями с низкой скоростью сдвига. Одна расположена под Африкой, другая — под Тихим океаном.
Их размеры поражают воображение: до 900 км в высоту и тысячи км в ширину. Они простираются от границы с внешним ядром далеко в мантию. Это настоящие «подземные континенты», превосходящие по размерам любой материк на поверхности.
Долгое время считалось, что эти два гиганта — близнецы, сформированные одним процессом. Но последние исследования показали неожиданное.
Разные судьбы подземных континентов.
Ученые выяснили: африканская и тихоокеанская структуры имеют разный состав и разную историю.
Тихоокеанская структура содержит как минимум на 50% больше свежей океанической коры, чем африканская.
Причина — в геологической активности. Вокруг Тихого океана расположено знаменитое «Огненное кольцо» — цепь зон субдукции, где океаническая кора постоянно погружается в мантию. Это непрерывно «подпитывает» тихоокеанскую структуру новым материалом.
Африканская структура такой подпитки лишена. Она старше, и за миллионы лет конвекционные потоки успели лучше перемешать ее вещество с окружающей мантией, сделав структуру менее плотной и более «размытой».
Угроза магнитному полю?
Внешнее ядро Земли — жидкое, раскаленное, состоящее в основном из железа и никеля. Конвекционные потоки в этом океане расплавленного металла генерируют магнитное поле, которое защищает все живое от космической радиации.
То, как тепло передается от ядра к мантии, напрямую влияет на эти конвекционные процессы. Гигантские структуры в мантии действуют как термоизоляторы: там, где они прилегают к ядру, тепло уходит медленнее.
Поскольку африканская и тихоокеанская структуры разные по составу и плотности, они создают неравномерный отток тепла из ядра. А это, в свою очередь, может вызывать нестабильность в работе «геодинамо» — механизма, порождающего магнитное поле.
Откуда они взялись? 2 главные версии.
1) Погребенные плиты. Это самое простое объяснение: структуры представляют собой фрагменты древней океанической коры, утонувшие в мантии в процессе субдукции. Они накапливались там сотни миллионов лет.
2) Древний реликт. Возможно, эти структуры — остатки первозданного вещества, из которого формировалась мантия Земли 4 миллиарда лет назад. Они сохранились в нетронутом виде, окруженные более поздним переработанным материалом.