Возможно, самые ранние вещества, образовавшиеся на Земле, переместились в самые нижние слои мантии, создав зону сверхнизких скоростей вокруг ядра Земли.

Разумеется, никто не собирается спускаться туда и испытывать на себе воздействие этой зоны,но по мнению ученых из Университета штата Юта, сейсмические волны могут это сделать. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience, ученые описывают область вокруг ядра Земли с уникальными свойствами, которые замедляют сейсмические волны.

реклама

Структура планеты Земля в космосе, 3D рендеринг

 

"Все известные нам особенности глубокой мантии, пояса со сверхнизкими скоростями являются, пожалуй, самыми экстремальными", - отметил в своем выступлении Майкл С. Торн, профессор кафедры геологии и геофизики Университета Юты. "И действительно, это одна из самых уникальных особенностей, обнаруженных где-либо на планете".

Между тонкой внешней корой и железо-никелевым ядром находится невероятно горячая, но твердая мантия Земли. Эта мантия может перемещаться со временем и является движущей силой тектонического процесса на планете. Ее невозможно увидеть. Так как же понять, что там происходит?

Для этого специалисты исследуют сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, и измеряют, где и когда эти волны регистрируются различными станциями наблюдения по всему миру.

Поскольку сейсмические волны от землетрясения проходят через различные материалы с разными скоростями, а также могут искажаться некоторыми материалами, то время и способ обнаружения этих волн говорит нам о материале, через который они проходят внутри планеты.

Используя эти волны, исследователи обнаружили, что в самой нижней части мантии есть область, где сейсмические волны замедляются более чем на 50%, и где плотность в три раза выше, чем в окружающей среде.

Вначале исследователи думали, что мантия может быть частично расплавлена в этой зоне - ведь она находится прямо напротив жидкого внешнего ядра, - и что именно там может находиться магма, которая производит тектонические "горячие точки", способствующие образованию Гавайских островов и Исландии, но судя по всему, это не так.

   Моделирование эволюции недр Земли с течением времени, показывающее тепловую (внизу), химическую (в середине) и термохимическую эволюцию в смоделированных условиях. Нижняя часть каждого поля - это граница ядро-мантия. На верхних и средних полях видны зоны сверхнизких скоростей, формирующиеся на вершинах светло-голубых зон. Credit: Surya Pachhai

"Большинство из того, что мы называем зонами сверхнизких скоростей, не располагается под очагами вулканических выбросов", - сказал Торн, - "так что это далеко не полная картина".

Учитывая полученные данные, альтернативные предположения о том, что зоны сверхнизких скоростей имеют состав, отличный от состава остальной мантии, более логичны.

"Физические свойства подобных зон связаны с их происхождением", - говорит научный сотрудник университета Сурия Пачхай, - "что в свою очередь предоставляет важную информацию о тепловом и химическом состоянии, эволюции и динамике самой нижней части Земли, что играет важную роль в конвекции мантии, управляющей тектоникой плит".

В значительной степени причиной такого происхождения может быть гипотетическое столкновение Земли с протопланетой по имени Тейя около 4,5 миллиардов лет назад. Это столкновение, которое, как считается, привело к образованию Луны и резкому изменению мантии Земли, вызвало бы невероятное выделение тепловой энергии и привело к образованию огромного океана магмы на поверхности планеты.

В этом океане магмы во взвешенном состоянии должны были содержаться всевозможные минералы. Конвекционные силы могли унести многие из них вниз в мантию, где со временем они осели бы на дно. За 4 миллиарда лет конвективных процессов этот однородный пласт материи должен был быть разбит на более мелкие слои, в результате чего и образовались бы низкоскоростные области, обнаруженные в сейсмических данных.

"Главный и самый удивительный вывод заключается в том, что зоны сверхнизких скоростей не являются однородными, а содержат сильные гетерогенности (структурные и композиционные вариации) внутри себя", - сказал Пачхай.

"Этот открытие меняет наш взгляд на происхождение и динамику зон сверхнизких скоростей. Мы обнаружили, что данный тип зон может быть объяснен химическими неоднородностями, возникшими в самом начале истории Земли, и что они все ещё недостаточно хорошо смешались за 4,5 миллиарда лет мантийной конвекции".  

Источник: https://phys.org/news/2021-12-chemical-leftovers-early-earth-core.html