Сейсмические исследования, опубликованные 22 января 2025 года в журнале Nature, открыли удивительные факты о глубинной структуре нашей планеты. Оказывается, в мантии Земли, на границе с ядром, существуют два огромных образования, получившие название LLSVP (Large Low Seismic Velocity Provinces) — крупные области с низкой скоростью сейсмических волн. Эти «острова», расположенные под Африкой и Тихим океаном на глубине более 2000 километров, кардинально отличаются от окружающей мантии и ставят под сомнение представления о ее однородности и быстротечном перемешивании.
Ученые из Утрехтского университета, во главе с сейсмологом Арвен Деус, проанализировали «тона» (колебания) Земли, возникающие после крупных землетрясений. В частности, они изучали затухание (потерю энергии) и скорость распространения сейсмических волн. Особое внимание было уделено данным, полученным после мощного землетрясения в Боливии 1994 года, эпицентр которого располагался на глубине 650 километров. Этот анализ показал, что LLSVP ведут себя иначе, чем окружающая мантия: сейсмические волны проходят через них медленнее и теряют меньше энергии.
Исследования подтвердили, что LLSVP – это аномалии в скорости распространения волн и области с уникальным составом и физическими свойствами. Ключевым фактором оказалась величина зерен минералов. Ученые, такие как Лаура Кобден, специализирующаяся на минералах глубин Земли, установили, что минеральные зерна в LLSVP гораздо крупнее, чем в окружающей мантии. Это обусловлено процессами перекристаллизации минералов под огромным давлением и высокой температурой в глубинных областях Земли.
Увеличенный размер зерна придает LLSVP жесткость, что делает их менее подвижными. В то время как остальная мантия постоянно перемешивается в процессе конвекции, LLSVP остаются неподвижными «островами», не участвующими в этом процессе. Это противоречит ранее существовавшим представлениям о хорошо перемешанной и быстро движущейся мантии. Результаты исследований, проведенных Арвен Деус, Суджанией Талавера-Созой и другими коллегами, вносят серьезные коррективы в современную модель строения Земли.
Интересно, что именно на границах этих древних образований, по мнению ученых, возникают мантийные плюмы — восходящие потоки горячего вещества, вызывающие вулканизм на поверхности Земли, такие как, например, вулканы Гавайских островов. Эти плюмы как бы «отрываются» от краев LLSVP, поднимаясь к поверхности. Эта теория придает LLSVP дополнительную значимость в понимании глубинных процессов, влияющих на формирование рельефа и геологическую активность планеты.
Обнаруженные области под Африкой и Тихим океаном, согласно сейсмическим данным, сформировались как минимум полмиллиарда лет назад, а возможно и раньше. Это говорит об их устойчивости и продолжительной истории. Учитывая, что на глубине до 3000 километров залегает так называемое «кладбище плит», где находятся затонувшие тектонические плиты, можно предположить, что LLSVP представляют собой древние фрагменты мантии, не смешивающиеся с остальным веществом и хранящие уникальную историю планеты.
Исследования, в которых также участвовал американский специалист по влиянию температуры на сейсмические волны Ульрих Фауль, основаны на высококачественных данных, собираемых с 1975 года, когда сейсмометры достигли достаточной точности для таких измерений. Полученные результаты являются частью более крупного проекта по созданию трехмерной модели мантии Земли. Эта модель, включающая данные о затухании сейсмических волн, помогает ученым более детально изучать внутреннее строение нашей планеты.
Таким образом, изучение LLSVP не только раскрывает новые грани строения Земли, но и ставит под вопрос существующие модели мантийной конвекции. Работа, опубликованная под DOI 10.1038/s41586-024-08322-y и ссылающаяся на модель затухания, предложенную Суджанией Талавера-Соза, показывает, что понимание глубинных процессов остается одним из ключевых направлений в геологии и сейсмологии. Эти исследования открывают захватывающие перспективы для дальнейших открытий о прошлом, настоящем и будущем нашей планеты.
Изображение носит иллюстративный характер
Ученые из Утрехтского университета, во главе с сейсмологом Арвен Деус, проанализировали «тона» (колебания) Земли, возникающие после крупных землетрясений. В частности, они изучали затухание (потерю энергии) и скорость распространения сейсмических волн. Особое внимание было уделено данным, полученным после мощного землетрясения в Боливии 1994 года, эпицентр которого располагался на глубине 650 километров. Этот анализ показал, что LLSVP ведут себя иначе, чем окружающая мантия: сейсмические волны проходят через них медленнее и теряют меньше энергии.
Исследования подтвердили, что LLSVP – это аномалии в скорости распространения волн и области с уникальным составом и физическими свойствами. Ключевым фактором оказалась величина зерен минералов. Ученые, такие как Лаура Кобден, специализирующаяся на минералах глубин Земли, установили, что минеральные зерна в LLSVP гораздо крупнее, чем в окружающей мантии. Это обусловлено процессами перекристаллизации минералов под огромным давлением и высокой температурой в глубинных областях Земли.
Увеличенный размер зерна придает LLSVP жесткость, что делает их менее подвижными. В то время как остальная мантия постоянно перемешивается в процессе конвекции, LLSVP остаются неподвижными «островами», не участвующими в этом процессе. Это противоречит ранее существовавшим представлениям о хорошо перемешанной и быстро движущейся мантии. Результаты исследований, проведенных Арвен Деус, Суджанией Талавера-Созой и другими коллегами, вносят серьезные коррективы в современную модель строения Земли.
Интересно, что именно на границах этих древних образований, по мнению ученых, возникают мантийные плюмы — восходящие потоки горячего вещества, вызывающие вулканизм на поверхности Земли, такие как, например, вулканы Гавайских островов. Эти плюмы как бы «отрываются» от краев LLSVP, поднимаясь к поверхности. Эта теория придает LLSVP дополнительную значимость в понимании глубинных процессов, влияющих на формирование рельефа и геологическую активность планеты.
Обнаруженные области под Африкой и Тихим океаном, согласно сейсмическим данным, сформировались как минимум полмиллиарда лет назад, а возможно и раньше. Это говорит об их устойчивости и продолжительной истории. Учитывая, что на глубине до 3000 километров залегает так называемое «кладбище плит», где находятся затонувшие тектонические плиты, можно предположить, что LLSVP представляют собой древние фрагменты мантии, не смешивающиеся с остальным веществом и хранящие уникальную историю планеты.
Исследования, в которых также участвовал американский специалист по влиянию температуры на сейсмические волны Ульрих Фауль, основаны на высококачественных данных, собираемых с 1975 года, когда сейсмометры достигли достаточной точности для таких измерений. Полученные результаты являются частью более крупного проекта по созданию трехмерной модели мантии Земли. Эта модель, включающая данные о затухании сейсмических волн, помогает ученым более детально изучать внутреннее строение нашей планеты.
Таким образом, изучение LLSVP не только раскрывает новые грани строения Земли, но и ставит под вопрос существующие модели мантийной конвекции. Работа, опубликованная под DOI 10.1038/s41586-024-08322-y и ссылающаяся на модель затухания, предложенную Суджанией Талавера-Соза, показывает, что понимание глубинных процессов остается одним из ключевых направлений в геологии и сейсмологии. Эти исследования открывают захватывающие перспективы для дальнейших открытий о прошлом, настоящем и будущем нашей планеты.
