. Дубна: 3 oC
Дата 28.03.2024
rss telegram vk ok
Изображение Университет Юты.

У границы ядра с мантией Земли есть зоны, где сейсмические волны сильно замедляются. Ученые из  Университета Юты в США показали, что, возможно, некоторые из этих зон являются остатками пород, сформировавших раннюю Землю.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Земная кора, на которой мы живем, представляет собой тонкий слой твердой породы. Между корой и железо-никелевым ядром планеты находится мантия. Мантия состоит из горячих подвижных пород, которые приводят в движение тектонические плиты земной коры.

О том, что происходит в мантии и ядре, ученые узнают с помощью сейсмических волн. Когда эти волны после землетрясения проходят по Земле, на поверхности планеты можно измерить, как и когда волны достигают станций мониторинга по всему миру. С помощью этих измерений ученые могут рассчитать, как волны отражались и отклонялись структурами внутри Земли. 

 Зоны сверхнизких скоростей распространения сейсмических волн расположены на границе мантии с ядром Земли. В этих районах сейсмические волны замедляются вдвое, а плотность пород, через которые они проходят, увеличивается на треть.

Первоначально исследователи считали, что в этих зонах мантия частично расплавилась, и поэтому зоны могли быть источником магмы для так называемых «горячих точек» – вулканических регионов типа Исландии.

«Но большинство областей, которые мы называем зонами сверхнизких скоростей, по-видимому, не расположены под вулканами горячих точек», – говорит Майкл С. Торн с кафедры геологии и геофизики Университета Юты.

Поэтому команда исследователей из Университета Юты вместе с коллегами из Австралийского национального университета, Университета штата Аризона и Университета Калгари рассмотрела альтернативную гипотезу: зоны сверхнизких скоростей могут быть областями, состоящими из других пород, чем остальная часть мантии, и что состав этих загадочных зон может восходить к ранней Земле.

По словам Торна, зоны сверхнизких скоростей могут быть скоплениями оксида железа, который может вести себя как металл в глубокой мантии. Если это так, то «комья» оксида железа на границе мантии и ядра могут влиять на магнитное поле Земли, которое генерируется в ядре.

«Физические свойства зон сверхнизких скоростей связаны с их происхождением, – поясняет Сурья Пачаи, соавтор работы и аспирант Торна. – Это, в свою очередь, предоставляет важную информацию о тепловом и химическом состоянии, эволюции и динамике самого нижнего слоя мантии Земли, которая управляет тектоникой плит».

Чтобы получить четкую картину мантии, исследователи изучили зоны сверхнизких скоростей под Коралловым морем, между Австралией и Новой Зеландией. Обилие землетрясений в этом районе обеспечивают сейсмическую картину границы ядро-мантия с высоким разрешением. Наблюдения с высоким разрешением могли бы больше рассказать о том, как объединяются зоны сверхнизких скоростей.

Но получить сейсмическое изображение пород сквозь 1800 миль земной коры и мантии непросто. Поэтому команда использовала метод обратного проектирования. Ученые создали модель Земли с ультранизкой скоростью распространения волн и с помощью компьютерного моделирования получили вид сейсмических волн, распространяющихся по такой Земле. А затем они сравнили данные моделирования с реальной картиной распространения сейсмических волн.

Модель показала, что существование химически неоднородных слоев в мантии Земли весьма вероятно. 

Более четырех миллиардов лет назад, когда плотное железо опускалось в ядро ранней Земли, а более легкие минералы поднимались в мантию, планетарный объект размером с Марс, возможно, врезался в новорожденную планету. Столкновение, возможно, выбросило на орбиту Земли обломки, которые позже могли образовать Луну, и значительно повысило температуру Земли. В результате образовалось большое количество расплавленного материала, известного как океан магмы. «Океан», вероятно, состоял из горных пород, газов и кристаллов, взвешенных в магме. Он должен был расслоиться мере охлаждения, когда более плотные материалы оседали вниз и наслаивались на дно мантии.

В течение следующих миллиардов лет по мере того, как мантия перемешивалась и конвектировалась, плотный слой распадался на небольшие участки в виде слоистых зон сверхнизкой скорости, которые ученые наблюдают сегодня.

«Основное и самое удивительное открытие заключается в том, что зоны сверхнизких скоростей не являются однородными, но содержат в себе сильные неоднородности (структурные и композиционные вариации), – отмечает Пачаи.  – Это открытие меняет наш взгляд на происхождение и динамику зон сверхнизких скоростей. Мы обнаружили, что этот тип зоны сверхнизких скоростей может быть объяснен химическими неоднородностями, созданными в самом начале истории Земли, и что они все еще недостаточно хорошо перемешаны после 4,5 миллиардов лет конвекции мантии».

Исследование дает некоторые доказательства происхождения некоторых зон со сверхнизкими скоростями, хотя есть также свидетельства, указывающие на другую приичну происхождение подобных зон:  таяние океанской коры, которая погружается обратно в мантию. Но если хотя бы некоторые зоны сверхнизких  являются остатками ранней Земли, они сохраняют часть истории планеты, которая могла бы быть изучена.

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить