Десятилетиями геологи пытались понять природу двух гигантских аномалий на границе мантии и ядра Земли — огромных областей с необычно низкой скоростью сдвиговых волн и тонких ультранизкоскоростных зон. Эти структуры, расположенные на глубине около 2,9 тыс. километров, плохо вписываются в классические модели формирования планет. Ученые под руководством Йошинори Миядзаки из Ратгерского университетапредлагает дали объяснение их происхождения. Работа опубликована в журнале Nature Geoscience.
Крупные области низкой скорости сдвиговых волн — это континентальные по размерам скопления плотной и горячей породы. Одна из них находится под Африкой, другая — под Тихим океаном. Ультранизкоскоростные зоны представляют собой тонкие расплавленные участки, прилегающие к ядру. Оба типа структур замедляют прохождение сейсмических волн, что указывает на их необычный состав.
«Это не случайные странности», — отметил Миядзаки. — «Это отпечатки самого раннего периода истории Земли. Поняв, почему они существуют, мы сможем понять, как формировалась наша планета и почему стала обитаемой».
По современным представлениям, в первые сотни миллионов лет после образования Земля была покрыта глобальным океаном магмы. При его остывании ученые ожидали появления четких химических слоев в мантии — как у замерзающего напитка, где сладкий сироп отделяется от водяного льда. Но сейсмические наблюдения показывают отсутствие таких слоев. Вместо этого у основания мантии накопились неупорядоченные структуры — те самые LLSVP и ULVZ.
Эта загадка и стала отправной точкой исследования. Миядзаки и его коллеги пришли к выводу, что в расчетах недоставало важного компонента — самого ядра. Их модель показывает, что на протяжении миллиардов лет элементы вроде кремния и магния могли просачиваться из ядра в мантию. Такое «подмешивание» препятствовало формированию четкой слоистости и объясняет необычную химическую природу глубинных структур — как застывших остатков базального океана магмы, загрязненного материалом ядра.
Земля наклоняется по вине человека, установили ученые
По словам Миядзаки, важность открытия выходит далеко за рамки внутренней химии планеты. Взаимодействия между ядром и мантией могли повлиять на то, как Земля остывала, как происходил вулканизм и как формировалась атмосфера. Эти процессы в конечном счете отделили Землю от ее соседей — Венеры и Марса.
«Почему на Земле есть вода и жизнь, но Венера стала парниковой ловушкой, а Марс — ледяной пустыней? Мы пока не знаем, но то, что происходит внутри планеты, то, как она остывает и как ведут себя ее слои, может быть ключом к разгадке». — заключил ученый.