|
Таинственные структуры в мантии Земли
|
|
|
|
На протяжении десятилетий ученые были озадачены двумя огромными загадочными структурами, расположенными глубоко под Землей, с особенностями, настолько обширными и необычными, что они бросают вызов традиционным моделям планетарной эволюции.
|
|
|
|
Теперь исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience специалистом по геодинамике из Рутгерса Йошинори Миядзаки в сотрудничестве с коллегами, предлагает поразительное новое объяснение этих аномалий и их роли в формировании способности Земли поддерживать жизнь.
|
|
Необычные структуры в недрах Земли
|
|
|
|
Эти структуры, известные как крупные провинции с низкой скоростью сдвига и зоны сверхнизких скоростей, расположены на границе между мантией Земли и ее ядром, почти на глубине 1800 миль под поверхностью. Крупные провинции с низкой скоростью сдвига представляют собой сгустки плотных горячих пород размером с континент. Одна из них расположена под Африкой, другая - под Тихим океаном. Зоны сверхнизких скоростей - это тонкие участки расплава, которые прилипают к ядру, как лужицы лавы. Оба типа сооружений значительно замедляют сейсмические волны, сигнализируя о необычном составе.
|
|
|
|
"Это не случайные странности", - сказал Миядзаки, доцент кафедры наук о Земле и планетах в Школе искусств и наук Рутгерса. "Это отпечатки самой ранней истории Земли. Если мы сможем понять, почему они существуют, мы сможем понять, как сформировалась наша планета и почему она стала пригодной для жизни".
|
|
|
|
|
|
|
Разгадка тайны земной мантии
|
|
|
|
По словам Миядзаки, миллиарды лет назад Земля была покрыта глобальным океаном магмы. По мере остывания ученые ожидали, что мантия сформирует различные химические слои, похожие на то, как замороженный сок разделяется на сахаристый концентрат и водянистый лед. Но сейсмические исследования не показали такого сильного расслоения. Вместо этого провинции с большими и низкими скоростями сдвига и зоны со сверхнизкими скоростями сдвига образуют неправильной формы нагромождения у основания планеты.
|
|
|
|
"Это противоречие стало отправной точкой", - сказал Миядзаки. "Если мы начнем с океана магмы и проведем расчеты, мы не получим того, что видим в мантии Земли сегодня. Чего-то не хватало".
|
|
|
|
Его коллеги пришли к выводу, что недостающей частью является само ядро. Их модель предполагает, что на протяжении миллиардов лет такие элементы, как кремний и магний, просачивались из ядра в мантию, смешиваясь с ней и предотвращая сильное химическое расслоение. Это вливание может объяснить странный состав крупных провинций с низкой скоростью сдвига и зон со сверхнизкой скоростью, которые можно рассматривать как затвердевшие остатки того, что ученые назвали "базальным океаном магмы", загрязненным материалом керна.
|
|
|
|
"Мы предположили, что это может происходить из-за утечки материала из ядра", - сказал Миядзаки. "Если добавить компонент ядра, это могло бы объяснить то, что мы видим прямо сейчас".
|
|
Последствия для обитаемости Земли и эволюции
|
|
|
|
По словам Миядзаки, это открытие связано не только с химическими процессами в недрах Земли. Взаимодействие ядра и мантии, возможно, повлияло на то, как Земля охлаждалась, как развивалась вулканическая активность и даже как формировалась атмосфера. Это могло бы помочь объяснить, почему на Земле есть океаны и жизнь, в то время как Венера представляет собой раскаленную теплицу, а Марс - замерзшую пустыню.
|
|
|
|
"На Земле есть вода, жизнь и относительно стабильная атмосфера", - сказал Миядзаки. "Атмосфера Венеры в 100 раз толще земной и состоит в основном из углекислого газа, а у Марса очень разреженная атмосфера. Мы не до конца понимаем, почему это так. Но то, что происходит внутри планеты, то есть как она охлаждается, как эволюционируют ее слои, может быть важной частью ответа".
|
|
|
|
Объединив сейсмические данные, физику минералов и геодинамическое моделирование, исследователи переосмыслили крупные провинции с низкой скоростью сдвига и зоны со сверхнизкими скоростями как жизненно важные ключи к процессам формирования Земли. Эти структуры могут даже питать горячие точки вулканов, такие как Гавайи и Исландия, связывая глубины Земли с ее поверхностью.
|
|
|
|
"Эта работа является прекрасным примером того, как объединение планетологии, геодинамики и физики минералов может помочь нам разгадать некоторые из древнейших загадок Земли", - сказал Цзе Дэн из Принстонского университета, соавтор исследования. "Идея о том, что глубинная мантия все еще может хранить химическую память о ранних взаимодействиях ядра и мантии, открывает новые пути для понимания уникальной эволюции Земли".
|
|
|
|
Основываясь на этой идее, исследователи говорят, что каждое новое свидетельство помогает заполнить пробелы в ранней истории Земли, превращая разрозненные подсказки в более четкую картину ее эволюции.
|
|
|
|
"Даже имея очень мало подсказок, мы начинаем выстраивать историю, которая имеет смысл", - сказал Миядзаки. "Это исследование дает нам немного больше уверенности в том, как развивалась Земля и почему она такая особенная".
|
|
|
|
Источник
|
