Мантийные континенты: Как формировались гигантские структуры в глубинах Земли? Новая история эволюции

Что скрывается под нашими ногами, на глубине тысяч километров, где давление сокрушительно, а температуры обжигают? Долгое время считалось, что в глубинах мантии Земли, между ядром и корой, покоятся две гигантские структуры, похожие друг на друга как близнецы. Новое исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, переворачивает это представление с ног на голову, раскрывая поразительные различия между этими «мантийными континентами».

Сейсмический взгляд в бездну: Что такое КПОС?

Благодаря землетрясениям и их сейсмическим волнам, ученые получили возможность заглянуть внутрь нашей планеты, подобно тому, как врачи используют компьютерную томографию. Этот «сейсмический взгляд» позволил обнаружить в глубинах мантии две огромные области с пониженной скоростью распространения волн — КПОС (Крупномасштабные области с пониженной скоростью). Одна из них расположена под Африкой, другая — под Тихим океаном. Эти структуры — настоящие гиганты, превосходящие по размерам любой континент.

Долгое время бытовало мнение, что КПОС — это, по сути, один и тот же материал, просто находящийся в разных местах. Предполагалось, что это остатки древней океанической коры, «затонувшей» в мантию в зонах субдукции и перемешавшейся там за миллионы лет. Но если они сформировались одинаково, то почему располагаются на таких разных участках планеты?

Африка и Тихий океан: Два пути одной судьбы?

Новое исследование, проведенное группой ученых из нескольких ведущих университетов, бросает вызов устоявшемуся представлению. Используя сложные модели мантийной конвекции и реконструируя движение тектонических плит за последний миллиард лет, ученые пришли к выводу, что африканская и тихоокеанская КПОС имеют совершенно разное происхождение и состав.

Оказалось, что африканская КПОС — это более старая и лучше перемешанная «смесь», в то время как тихоокеанская — относительно молодая и богатая «свежей» океанической корой, погрузившейся в мантию. Почему такая разница?

Дело в том, что вокруг Тихого океана располагается знаменитое «Огненное кольцо» — цепь зон субдукции, где океаническая кора постоянно уходит под континентальную. Этот процесс «подпитывает» тихоокеанскую КПОС новым материалом, в то время как африканская КПОС такой «подпитки» лишена и, благодаря конвекции, постепенно перемешивается с окружающей мантией.

Температура — это не всё: Химический состав играет ключевую роль

Если КПОС имеют разный состав, почему сейсмические волны проходят через них примерно одинаково? Долгое время считалось, что скорость сейсмических волн в первую очередь зависит от температуры материала. Но новое исследование показало, что обе КПОС имеют практически одинаковую температуру, несмотря на различия в составе.

Это означает, что химический состав играет гораздо более важную роль, чем предполагалось ранее. Разница в составе, в свою очередь, влияет на плотность КПОС, что может объяснить, почему африканская КПОС более высокая и «размытая», а тихоокеанская — более компактная.

Влияние на магнитное поле: Что это значит для нас?

Высокая температура КПОС и их расположение в глубинах мантии оказывают непосредственное влияние на теплообмен между ядром и мантией. Этот теплообмен, в свою очередь, влияет на конвекцию во внешнем ядре Земли — процессе, который генерирует наше магнитное поле. Магнитное поле защищает нас от вредоносного космического излучения и является жизненно важным для существования жизни на Земле.

Если африканская и тихоокеанская КПОС действительно настолько разные, как показало исследование, то теплообмен между ядром и мантией может происходить несимметрично. А это, в свою очередь, может привести к нестабильности магнитного поля, что, в перспективе, может иметь серьезные последствия для нашей планеты.

Что дальше? Новые горизонты исследований

Новое исследование открывает новые горизонты в изучении глубинного строения Земли. Ученым необходимо разработать новые методы наблюдений и моделирования, которые позволят учитывать асимметрию плотности мантии. Необходимо искать данные, которые смогут подтвердить предложенную асимметрию, например, изучая гравитационное поле Земли.

«Нам теперь нужно искать данные, которые могут ограничить предложенную асимметрию плотности, например, используя наблюдения гравитационного поля Земли», — отмечает доктор Кёлемейер, соавтор исследования.

Разгадка тайн глубинных «континентов» — это не только вопрос фундаментальной науки. Это ключ к пониманию процессов, которые формируют нашу планету и влияют на ее будущее. И, возможно, именно в этих глубинах кроется разгадка многих тайн, от которых зависит наше выживание.