Глубоко под земной корой, на границе между мантией и ядром, миллиарды лет назад существовал гигантский океан расплавленной породы. Новое исследование, опубликованное 26 марта в журнале Nature, доказывает: этот «базальный океан магмы» был неизбежен в ранней истории Земли и, возможно, до сих пор влияет на процессы внутри планеты.
В научном сообществе идея о существовании базального океана магмы вызывает ожесточённые споры. Геохимические данные свидетельствуют, что в первые сотни миллионов лет после формирования Земли на границе между мантией и ядром образовался устойчивый слой расплава. Предыдущие модели предполагали, что планета затвердевала снизу вверх, и долгое время оставалось неясным, как в таких условиях мог сохраниться глубокий океан магмы.
Работа под руководством Шарля-Эдуара Букаре, планетарного физика из Йоркского университета в Торонто, пролила свет на этот вопрос. Учёные построили новую модель, объединив данные геохимии и сейсмологии. Особое внимание было уделено поведению редких элементов, которые «предпочитают» находиться в магме, позволяя восстановить последовательность и время затвердевания мантии.
Вывод оказался однозначным: вне зависимости от того, где начинался процесс затвердевания — в средней мантии или у самой границы с ядром — в недрах формировался и сохранялся базальный океан магмы. Этот вывод подтверждается тем, что даже при различных сценариях кристаллизации плотные, богатыe оксидом железа твёрдые частицы опускались вниз, вновь расплавлялись и накапливались у основания мантии, где тепло ядра не позволяло им остыть и затвердеть.
Сегодня возможными остатками этого древнего океана считаются гигантские области мантии — так называемые провинции с низкой скоростью сдвиговых волн (LLVPs) или «мантийные пузыри». Сейсмические волны проходят через эти зоны медленнее, чем через окружающие породы. Существуют две гипотезы: LLVPs — это либо остатки погребённой океанической коры возрастом в несколько сотен миллионов лет, либо реликты океана магмы, которому уже 4,4 миллиарда лет. Новое исследование склоняется ко второму варианту.
Открытие меняет представления о тепловом взаимодействии между ядром и мантией, а также может объяснить расположение тектонических плит. «В структуре Земли хранится память», — отмечает Букаре, — «древние слои продолжают влиять на эволюцию планеты».
Модель исследователей учитывает динамику накопления и плавления богатых железом пород, которые из-за своей плотности и низкой температуры плавления надолго задерживаются у подножия мантии, поддерживаемые теплом ядра. Это подтверждает неизбежность формирования базального океана даже при разных сценариях охлаждения Земли.
Понимание того, как формировались глубинные структуры планеты, позволяет делать прогнозы о её дальнейшей эволюции. Учёные планируют расширить модель, добавив новые элементы-метки, и применить её к другим планетам, включая Марс. Возможно, базальные океаны магмы — не уникальная черта Земли, а фундаментальная стадия эволюции каменистых планет.
Исследование Букаре заставляет по-новому взглянуть на геологическую память Земли. Древний океан магмы, некогда скрытый в недрах, продолжает определять динамику нашей планеты и сегодня.
Изображение носит иллюстративный характер
В научном сообществе идея о существовании базального океана магмы вызывает ожесточённые споры. Геохимические данные свидетельствуют, что в первые сотни миллионов лет после формирования Земли на границе между мантией и ядром образовался устойчивый слой расплава. Предыдущие модели предполагали, что планета затвердевала снизу вверх, и долгое время оставалось неясным, как в таких условиях мог сохраниться глубокий океан магмы.
Работа под руководством Шарля-Эдуара Букаре, планетарного физика из Йоркского университета в Торонто, пролила свет на этот вопрос. Учёные построили новую модель, объединив данные геохимии и сейсмологии. Особое внимание было уделено поведению редких элементов, которые «предпочитают» находиться в магме, позволяя восстановить последовательность и время затвердевания мантии.
Вывод оказался однозначным: вне зависимости от того, где начинался процесс затвердевания — в средней мантии или у самой границы с ядром — в недрах формировался и сохранялся базальный океан магмы. Этот вывод подтверждается тем, что даже при различных сценариях кристаллизации плотные, богатыe оксидом железа твёрдые частицы опускались вниз, вновь расплавлялись и накапливались у основания мантии, где тепло ядра не позволяло им остыть и затвердеть.
Сегодня возможными остатками этого древнего океана считаются гигантские области мантии — так называемые провинции с низкой скоростью сдвиговых волн (LLVPs) или «мантийные пузыри». Сейсмические волны проходят через эти зоны медленнее, чем через окружающие породы. Существуют две гипотезы: LLVPs — это либо остатки погребённой океанической коры возрастом в несколько сотен миллионов лет, либо реликты океана магмы, которому уже 4,4 миллиарда лет. Новое исследование склоняется ко второму варианту.
Открытие меняет представления о тепловом взаимодействии между ядром и мантией, а также может объяснить расположение тектонических плит. «В структуре Земли хранится память», — отмечает Букаре, — «древние слои продолжают влиять на эволюцию планеты».
Модель исследователей учитывает динамику накопления и плавления богатых железом пород, которые из-за своей плотности и низкой температуры плавления надолго задерживаются у подножия мантии, поддерживаемые теплом ядра. Это подтверждает неизбежность формирования базального океана даже при разных сценариях охлаждения Земли.
Понимание того, как формировались глубинные структуры планеты, позволяет делать прогнозы о её дальнейшей эволюции. Учёные планируют расширить модель, добавив новые элементы-метки, и применить её к другим планетам, включая Марс. Возможно, базальные океаны магмы — не уникальная черта Земли, а фундаментальная стадия эволюции каменистых планет.
Исследование Букаре заставляет по-новому взглянуть на геологическую память Земли. Древний океан магмы, некогда скрытый в недрах, продолжает определять динамику нашей планеты и сегодня.
