В недрах нашей планеты, на границе мантии и внешнего ядра, скрываются загадочные структуры, сравнимые по размеру с целыми континентами. Эти образования, известные как Крупные Низкоскоростные Провинции (КНСП), представляют собой своеобразные «острова» в мантии Земли. Новейшее исследование, опубликованное 22 января в журнале Nature, проливает свет на их возраст и уникальные свойства.
Согласно новым данным, возраст этих мантийных гигантов превышает миллиард лет. КНСП отличаются от окружающей мантии рядом характеристик. Во-первых, они горячее. Во-вторых, они старше. В-третьих, они замедляют прохождение сейсмических волн, что и позволило их обнаружить. Эти образования залегают на глубине около 3000 километров под поверхностью Земли. На сегодняшний день ученым известно о существовании двух колоссальных КНСП: одна расположена под Тихим океаном, другая – под Африкой.
Исследователи из Утрехтского университета в Нидерландах, включая соавтора исследования сейсмолога Арвен Десс, использовали данные сейсмической активности, полученные более чем от 100 мощных землетрясений. Эти землетрясения были настолько сильны, что их волны проходили сквозь всю планету, включая КНСП и окружающую мантию. Анализируя скорость и потерю энергии сейсмических волн на разных участках мантии, ученые смогли сделать ряд важных открытий.
Прежде всего, подтвердилось, что сейсмические волны действительно движутся медленнее через КНСП, что согласуется с теорией о более высокой температуре этих структур. Однако, самым неожиданным и важным открытием стало то, что сейсмические волны теряют гораздо меньше энергии, проходя через КНСП, чем ожидалось. Этот факт указывает на то, что причина замедления волн кроется не только в температуре, но и, вероятно, в различиях в составе вещества.
Ученые выдвинули гипотезу, что ключевую роль в различиях энергопотерь играет размер кристаллических минералов, составляющих КНСП и окружающую мантию. Границы между кристаллами, так называемые зернограницы, становятся препятствием для сейсмических волн, заставляя их терять энергию при каждом пересечении. Чем меньше кристаллы, тем больше зернограниц на единицу объема, и тем больше энергии теряется.
Мантия, окружающая КНСП, формируется из древних тектонических плит, которые со временем распадаются на мельчайшие фрагменты, то есть состоят из мелких кристаллов. В свою очередь, КНСП, по всей видимости, сложены более крупными кристаллами, чем окружающая мантия. Именно поэтому сейсмические волны теряют меньше энергии при прохождении через КНСП – из-за меньшего количества зернограниц.
Рост кристаллов в мантии – процесс крайне медленный. Наличие крупных кристаллов в КНСП свидетельствует об их древнем возрасте и длительном периоде стабильности. Как отмечает Арвен Десс: «Они должны были существовать там как минимум миллиард лет».
Древность и стабильность КНСП предоставляют ценную информацию о динамике мантии Земли и процессах перемешивания вещества в ее глубинах на протяжении геологических эпох. Кроме того, стабильность этих мантийных образований может быть ключом к пониманию различий в составе вулканических пород, извергающихся в разных частях света. Возможно, именно они влияют на организацию тектонических плит на поверхности Земли.
Новое исследование открывает новые горизонты для изучения происхождения КНСП, причин их долгосрочной стабильности и их роли в глобальных геологических процессах. Необходимы дальнейшие полевые исследования, чтобы понять, как воздействие этих глубинных структур проявляется в геологической летописи. Полученные данные могут стать ключом к разгадке и других фундаментальных вопросов науки о Земле.
Изображение носит иллюстративный характер
Согласно новым данным, возраст этих мантийных гигантов превышает миллиард лет. КНСП отличаются от окружающей мантии рядом характеристик. Во-первых, они горячее. Во-вторых, они старше. В-третьих, они замедляют прохождение сейсмических волн, что и позволило их обнаружить. Эти образования залегают на глубине около 3000 километров под поверхностью Земли. На сегодняшний день ученым известно о существовании двух колоссальных КНСП: одна расположена под Тихим океаном, другая – под Африкой.
Исследователи из Утрехтского университета в Нидерландах, включая соавтора исследования сейсмолога Арвен Десс, использовали данные сейсмической активности, полученные более чем от 100 мощных землетрясений. Эти землетрясения были настолько сильны, что их волны проходили сквозь всю планету, включая КНСП и окружающую мантию. Анализируя скорость и потерю энергии сейсмических волн на разных участках мантии, ученые смогли сделать ряд важных открытий.
Прежде всего, подтвердилось, что сейсмические волны действительно движутся медленнее через КНСП, что согласуется с теорией о более высокой температуре этих структур. Однако, самым неожиданным и важным открытием стало то, что сейсмические волны теряют гораздо меньше энергии, проходя через КНСП, чем ожидалось. Этот факт указывает на то, что причина замедления волн кроется не только в температуре, но и, вероятно, в различиях в составе вещества.
Ученые выдвинули гипотезу, что ключевую роль в различиях энергопотерь играет размер кристаллических минералов, составляющих КНСП и окружающую мантию. Границы между кристаллами, так называемые зернограницы, становятся препятствием для сейсмических волн, заставляя их терять энергию при каждом пересечении. Чем меньше кристаллы, тем больше зернограниц на единицу объема, и тем больше энергии теряется.
Мантия, окружающая КНСП, формируется из древних тектонических плит, которые со временем распадаются на мельчайшие фрагменты, то есть состоят из мелких кристаллов. В свою очередь, КНСП, по всей видимости, сложены более крупными кристаллами, чем окружающая мантия. Именно поэтому сейсмические волны теряют меньше энергии при прохождении через КНСП – из-за меньшего количества зернограниц.
Рост кристаллов в мантии – процесс крайне медленный. Наличие крупных кристаллов в КНСП свидетельствует об их древнем возрасте и длительном периоде стабильности. Как отмечает Арвен Десс: «Они должны были существовать там как минимум миллиард лет».
Древность и стабильность КНСП предоставляют ценную информацию о динамике мантии Земли и процессах перемешивания вещества в ее глубинах на протяжении геологических эпох. Кроме того, стабильность этих мантийных образований может быть ключом к пониманию различий в составе вулканических пород, извергающихся в разных частях света. Возможно, именно они влияют на организацию тектонических плит на поверхности Земли.
Новое исследование открывает новые горизонты для изучения происхождения КНСП, причин их долгосрочной стабильности и их роли в глобальных геологических процессах. Необходимы дальнейшие полевые исследования, чтобы понять, как воздействие этих глубинных структур проявляется в геологической летописи. Полученные данные могут стать ключом к разгадке и других фундаментальных вопросов науки о Земле.