Разгадана тайна двух странных гигантских "сгустков" в недрах Земли: ученые нашли объяснение

В 1980-х годах ученые на основе сейсмических данных, полученных во время землетрясений, ученые обнаружили так называемые крупные области низких скоростей сдвига (LLSVP). Сейсмические данные показали наличие двух крупных областей в нижней части мантии Земли: одна под Африкой, вторая — под Тихим океаном. Обе они простираются вверх от границы ядро-мантия, которая находится примерно на глубине 2900 километров под поверхностью Земли, пишет Science Alert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Сгустки в недрах Земли

Исследователи также связали Африканский сгусток с ослаблением магнитного поля Земли под Атлантическим океаном. При этом некоторые ученые считают, что эти сгустки, вероятно, сыграли роль в формировании тектонических плит планеты.

Ученые полагают, что разгадка загадочных сгустков в недрах нашей планеты может быть связано с тем, как развивалась наша планета в прошлом, что происходит сегодня и что Землю ждет в будущем.

Разгадка таинственных сгустков в недрах Земли

В новом исследовании ученые использовали модели, способные пролить свет на происхождение крупных областей низких скоростей сдвига, наблюдаемых в недрах Земли. Любопытно, что результаты нового моделирования не соответствуют ни одной из ожидаемых версий происхождения — скорее всего, некий материал мог вытечь из прохудившегося земного ядра, когда наша планета была на стадии формирования. Позже материал смешался с мантией, образовав те самые загадочные сгустки.

По словам геодинамика Есинори Миядзаки из Ратгерского университета, на самом деле эти сгустки вовсе "не случайные странности". На самом деле, они, вероятно, являются отпечатками пальцев самой ранней истории нашей планеты. В результате ученые считают, что понимание природы этих сгустков может пролить свет на наше понимание того, как образовалась наша планета и почему она стала пригодной для жизни.

По словам исследователей, результаты новой работы указывают на то, что эти загадочные сгустки очень старые и стабильные, что согласуется с теорией магматического океана. Согласной этой теории, наша планета представляет собой расплавленный, вязкий шар, покрытый магматическим океаном в начале своей истории. По мере остывания этот океан дифференцировался, и более тяжелые материалы отделялись и опускались.

Отметим, что эта идея также подтверждает наличие другого типа структуры — тонких участков на границе ядра и мантии, известных как зоны сверхнизких скоростей (ULVZ), которые коррелируют с краями LLSVP, где сейсмические волны распространяются на порядок медленнее, чем через крупные области с низкой скоростью сдвига.

Теория магматического океана

Если теория магматического океана верна, наша планета должна была иметь аккуратные, четко выраженные слои, подобные пирогу, со слоем над границей ядро-мантия, состоящим из значительного количества ферропериклаза. Однако сейсмические данные указывают на гораздо более низкое содержание ферропериклаза, в то время как само наличие и беспорядочная конфигурация LLSVP и ULVZ противоречат этой модели.

По словам Миядзаки, это противоречие и стало отправной точкой их с коллегами работы. Если начать с магматического океана и провести расчеты, по итогу выйдет вовсе не то, что мы видим сегодня на современной планете — чего-то не хватает.

В ходе исследования ученые провели моделирование, чтобы определить, чего не хватает. Команда смешала основные компоненты планеты и смоделировали их остывание, с утечкой материала из ядра планеты и без нее. В результате им удалось обнаружить секретный ингредиент.

Не все элементы остывают и кристаллизуются с одинаковой скоростью. Результаты моделирование указывают на то, что по мере охлаждения и сжатия ядра под давлением более легкие компоненты, например, оксид магния и диоксид кремния, кристаллизуются быстрее, чем железо в составе. Они всплывают вверх и выдавливаются через границу ядро-мантия в магматический океан, где растворяются.

Далее этот добавленный материал изменяет химический состав магмы таким образом, что благоприятствует образованию богатых силикатами бриджманита и сейфертита, которые затем доминируют в нижнем слое. В то же время содержание ферропериклаза остается низким.

Даже глубоко внутри планеты, где температуры и давления достигают экстремальных значений, эти структуры могут сохраняться в течение 4,5 миллиарда лет существования нашей планеты, постепенно сливаясь конвекцией в структуры, которые сегодня ученые обнаруживают с помощью сейсмических данных.

По словам Миядзаки, все это позволяет вновь рассматривать магматический океана в качестве правдоподобного объяснения существования загадочных сгустков в недрах планеты. И если LLSVP и ULVZ сыграли роль в формировании тектонических плит, столь важных для жизни на Земле, это может пролить свет на то, как иначе эволюционировали другие планеты.