Недавнее исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports при участии специалистов из Cardiff University, University of Oxford (Кафедра наук о Земле), University of Bristol и University of Michigan, переосмыслило традиционные представления о структуре глубинной мантии Земли.
Сейсмологические исследования демонстрируют, что преломление и скорость сейсмических волн зависят от состава внутренних слоёв планеты, позволяя учёным создавать изображения внутренних структур, аналогичные компьютерной томографии в медицине. Такое технологическое преимущество стало отправной точкой для анализа региона мантии, располагавшегося между железным ядром и кремнезёмной корой.
В центре внимания оказались две обширные структуры, известные как Large-Low-Velocity-Provinces (LLVPs) – обширные области с замедленным прохождением сейсмических волн, достигающие высоты до 900 км и распростёртые на тысячи километров. Расположение этих провинций весьма характерно: одна находится под Тихим океаном, другая – под континентальной Африкой. До настоящего времени существовала гипотеза, что обе провинции состоят из однотипного материала – субдуцированного океанического хруста, накопленного в мантии за миллионы лет.
Моделирование, проведённое с использованием симуляций мантии и реконструкций движения тектонических плит за последний 1 миллиард лет, подвергло сомнению прежние предположения. Новый аналитический подход позволил выявить, что эволюционные истории и химический состав африканской и тихоокеанской провинций существенно различаются.
Африканская LLVP представлена устаревшим, хорошо перемешанным материалом, что проявляется в её более диффузной и высокой морфологии. В то же время тихоокеанская провинция обогащена примерно на 50% субдуцированного океанического хруста, который является моложе и заметно отличается по химическому составу от окружающей мантии. Тектоническая активность в районе Тихоокеанского огненного кольца обеспечивает непрерывное поступление нового материала с примерно 300 миллионов лет назад.
Несмотря на различия в составе, обе провинции демонстрируют одинаково высокие температуры, что влияет на скорость распространения сейсмических волн. Отличия в химическом составе приводят к различиям в плотности: более плотный и молодой субдуцированный хруст в Тихоокеанской провинции контрастирует с древним, лучше перемешанным материалом Африканской провинции, что объясняет их отличия в геометрическом облике.
Dr. Paula Koelemeijer из University of Oxford подчеркнула: «Различие в составе, несмотря на идентичные температурные условия, является ключом к пониманию сходства сейсмических изображений глубинных мантиевых провинций». Она обратила внимание на удивительную связь между движениями поверхности Земли и структурными особенностями мантии, расположенной на глубине около 3000 км.
Dr. James Panton из Cardiff University отметил: «Поскольку численные симуляции не совершенны, мы провели многочисленные модели с разнообразными параметрами. Каждый раз мы наблюдаем, что Тихоокеанская провинция обогащена субдуцированным океаническим хрутом, что свидетельствует о том, что недавняя история субдукции оказывает решающее влияние на выявленные различия». Его слова подчеркивают надёжность полученных результатов.
Открытия данного исследования имеют важное значение для понимания процессов теплоотвода от ядра Земли, что, в свою очередь, влияет на конвекцию в наружном ядре и формирование магнитного поля планеты. Различия в плотности мантиевых провинций могут приводить к асимметричному теплообмену и, как следствие, к потенциальной нестабильности магнитного поля, что критически для защиты планеты от космического излучения.
Полученные результаты требуют пересмотра существующих моделей глубинной динамики Земли, предполагающих симметричное расположение внутренних структур. Дальнейшие исследования, в том числе с применением наблюдений за гравитационным полем, позволят уточнить представления о сложных взаимодействиях внутренних процессов, влияющих на эволюцию планеты.
Изображение носит иллюстративный характер
Сейсмологические исследования демонстрируют, что преломление и скорость сейсмических волн зависят от состава внутренних слоёв планеты, позволяя учёным создавать изображения внутренних структур, аналогичные компьютерной томографии в медицине. Такое технологическое преимущество стало отправной точкой для анализа региона мантии, располагавшегося между железным ядром и кремнезёмной корой.
В центре внимания оказались две обширные структуры, известные как Large-Low-Velocity-Provinces (LLVPs) – обширные области с замедленным прохождением сейсмических волн, достигающие высоты до 900 км и распростёртые на тысячи километров. Расположение этих провинций весьма характерно: одна находится под Тихим океаном, другая – под континентальной Африкой. До настоящего времени существовала гипотеза, что обе провинции состоят из однотипного материала – субдуцированного океанического хруста, накопленного в мантии за миллионы лет.
Моделирование, проведённое с использованием симуляций мантии и реконструкций движения тектонических плит за последний 1 миллиард лет, подвергло сомнению прежние предположения. Новый аналитический подход позволил выявить, что эволюционные истории и химический состав африканской и тихоокеанской провинций существенно различаются.
Африканская LLVP представлена устаревшим, хорошо перемешанным материалом, что проявляется в её более диффузной и высокой морфологии. В то же время тихоокеанская провинция обогащена примерно на 50% субдуцированного океанического хруста, который является моложе и заметно отличается по химическому составу от окружающей мантии. Тектоническая активность в районе Тихоокеанского огненного кольца обеспечивает непрерывное поступление нового материала с примерно 300 миллионов лет назад.
Несмотря на различия в составе, обе провинции демонстрируют одинаково высокие температуры, что влияет на скорость распространения сейсмических волн. Отличия в химическом составе приводят к различиям в плотности: более плотный и молодой субдуцированный хруст в Тихоокеанской провинции контрастирует с древним, лучше перемешанным материалом Африканской провинции, что объясняет их отличия в геометрическом облике.
Dr. Paula Koelemeijer из University of Oxford подчеркнула: «Различие в составе, несмотря на идентичные температурные условия, является ключом к пониманию сходства сейсмических изображений глубинных мантиевых провинций». Она обратила внимание на удивительную связь между движениями поверхности Земли и структурными особенностями мантии, расположенной на глубине около 3000 км.
Dr. James Panton из Cardiff University отметил: «Поскольку численные симуляции не совершенны, мы провели многочисленные модели с разнообразными параметрами. Каждый раз мы наблюдаем, что Тихоокеанская провинция обогащена субдуцированным океаническим хрутом, что свидетельствует о том, что недавняя история субдукции оказывает решающее влияние на выявленные различия». Его слова подчеркивают надёжность полученных результатов.
Открытия данного исследования имеют важное значение для понимания процессов теплоотвода от ядра Земли, что, в свою очередь, влияет на конвекцию в наружном ядре и формирование магнитного поля планеты. Различия в плотности мантиевых провинций могут приводить к асимметричному теплообмену и, как следствие, к потенциальной нестабильности магнитного поля, что критически для защиты планеты от космического излучения.
Полученные результаты требуют пересмотра существующих моделей глубинной динамики Земли, предполагающих симметричное расположение внутренних структур. Дальнейшие исследования, в том числе с применением наблюдений за гравитационным полем, позволят уточнить представления о сложных взаимодействиях внутренних процессов, влияющих на эволюцию планеты.
