Розгадано таємницю двох дивних гігантських "згустків" у надрах Землі: вчені знайшли пояснення

У 1980-х роках вчені на основі сейсмічних даних, отриманих під час землетрусів, вчені виявили так звані великі області низьких швидкостей зсуву (LLSVP). Сейсмічні дані показали наявність двох великих областей у нижній частині мантії Землі: одна під Африкою, друга — під Тихим океаном. Обидві вони простягаються вгору від кордону ядро-мантія, яка знаходиться приблизно на глибині 2900 кілометрів під поверхнею Землі, пише Science Alert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Згустки в надрах Землі

Через ці області сейсмічні хвилі розподіляються з помітною затримкою, що вказує на відмінність складу від навколишнього матеріалу. Раніше припускали, що таємницю загадкових згустків можна пояснити залишками стародавніх тектонічних плит, магматичним океаном, який остигає, або фрагментами гігантського об'єкта під назвою Тейя, який колись у минулому зіткнувся із Землею, утворивши Місяць.

Дослідники також пов'язали Африканський згусток з ослабленням магнітного поля Землі під Атлантичним океаном. При цьому деякі вчені вважають, що ці згустки, ймовірно, зіграли роль у формуванні тектонічних плит планети.

Вчені вважають, що розгадка загадкових згустків у надрах нашої планети може бути пов'язана з тим, як розвивалася наша планета в минулому, що відбувається сьогодні й що на Землю чекає в майбутньому.

Розгадка таємничих згустків у надрах Землі

У новому дослідженні вчені використовували моделі, здатні пролити світло на походження великих областей низьких швидкостей зсуву, що спостерігаються в надрах Землі. Цікаво, що результати нового моделювання не відповідають жодній з очікуваних версій походження — найімовірніше, якийсь матеріал міг витекти з земного ядра, що продірявилося, коли наша планета була на стадії формування. Пізніше матеріал змішався з мантією, утворивши ті самі загадкові згустки.

За словами геодинаміка Есінорі Міядзакі з Ратгерського університету, насправді ці згустки зовсім "не випадкові дивацтва". Насправді вони, ймовірно, є відбитками пальців найбільш ранньої історії нашої планети. У результаті вчені вважають, що розуміння природи цих згустків може пролити світло на наше розуміння того, як утворилася наша планета і чому вона стала придатною для життя.

За словами дослідників, результати нової роботи вказують на те, що ці загадкові згустки дуже старі та стабільні, що узгоджується з теорією магматичного океану. Згідно з цією теорією, наша планета є розплавленою, в'язкою кулею, покритою магматичним океаном на початку своєї історії. У міру охолодження цей океан диференціювався, і важчі матеріали відокремлювалися й опускалися.

Зазначимо, що ця ідея також підтверджує наявність іншого типу структури — тонких ділянок на кордоні ядра і мантії, відомих як зони наднизьких швидкостей (ULVZ), що корелюють із краями LLSVP, де сейсмічні хвилі поширюються на порядок повільніше, ніж через великі області з низькою швидкістю зсуву.

Теорія магматичного океану

Якщо теорія магматичного океану правильна, наша планета мала б мати акуратні, чітко виражені шари, подібні до пирога, з шаром над межею ядро-мантія, який складався б зі значної кількості феропериклазу. Однак сейсмічні дані вказують на набагато нижчий вміст феропериклазу, тоді як сама наявність і безладна конфігурація LLSVP і ULVZ суперечать цій моделі.

За словами Міядзакі, ця розбіжність і стала відправною точкою їхньої з колегами роботи. Якщо почати з магматичного океану і провести розрахунки, за підсумком вийде зовсім не те, що ми бачимо сьогодні на сучасній планеті — чогось не вистачає.

Під час дослідження вчені провели моделювання, щоб визначити, чого не вистачає. Команда змішала основні компоненти планети та змоделювала їхнє охолодження, з витоком матеріалу з ядра планети й без нього. У результаті їм вдалося виявити секретний інгредієнт.

Не всі елементи остигають і кристалізуються з однаковою швидкістю. Результати моделювання вказують на те, що в міру охолодження і стиснення ядра під тиском легші компоненти, наприклад, оксид магнію і діоксид кремнію, кристалізуються швидше, ніж залізо в складі. Вони спливають вгору і видавлюються через кордон ядро-мантія в магматичний океан, де розчиняються.

Далі цей доданий матеріал змінює хімічний склад магми таким чином, що сприяє утворенню багатих на силікати бриджманіту та сейфертиту, які потім домінують у нижньому шарі. Водночас вміст феропериклазу залишається низьким.

Навіть глибоко всередині планети, де температури й тиск досягають екстремальних значень, ці структури можуть зберігатися протягом 4,5 мільярда років існування нашої планети, поступово зливаючись конвекцією в структури, які сьогодні вчені виявляють за допомогою сейсмічних даних.

За словами Міядзакі, все це дає змогу знову розглядати магматичний океан як правдоподібне пояснення існування загадкових згустків у надрах планети. І якщо LLSVP і ULVZ зіграли роль у формуванні тектонічних плит, таких важливих для життя на Землі, це може пролити світло на те, як інакше еволюціонували інші планети.

Нагадаємо, раніше ми писали про те, що вчені виявили фрагменти чужого світу всередині Землі.

Раніше Фокус писав про те, що таємничі згустки в надрах Землі породжують землетруси та виверження: як вони з'явилися.