Раскрыты тайны скрытых в недрах Земли суперконтинентов
Два огромных «острова» размером с суперконтинент, скрытые глубоко в мантии, оказались фундаментально разными, вопреки предыдущим предположениям, и это может даже привести к нестабильности магнитного поля Земли. К такому выводу пришли ученые из Великобритании и США, чье моделирование показало, что две так называемые крупные провинции с низкой скоростью (LLVP) развивались по-разному, что обусловило их разный химический состав и плотность.
Каждая из этих областей достигает до 900 км в высоту и простирается на тысячи километров в ширину. LLVP были впервые обнаружены в 1980-х годах, когда геологи заметили, что сейсмические волны проходят через две области в нижней мантии гораздо медленнее, чем ожидалось.
LLVP состоят из накопленной океанической коры, погруженной в мантию. Поскольку сейсмические волны, казалось, проходят через них схожим образом, долгое время предполагалось, что они имеют схожие физические свойства.
Однако новое исследование, опубликованное в Scientific Reports, показало, что, хотя у этих структур схожие температуры (основной фактор, влияющий на скорость сейсмических волн) — их состав отличатся материалу и его возрасту.
«Основное во всей этой истории — то, что эти два LLVP различаются по составу, но не по температуре: это объясняет, почему они кажутся одинаковыми с сейсмической точки зрения. Также интересно наблюдать связь между движением плит на поверхности Земли и структурами на глубине 3000 км в нашей планете», — объясняет сейсмолог профессор Паула Кулемейер из Оксфордского университета.
Кулемейер и ее коллеги смоделировали, как LLVP формировались и развивались с течением времени, объединив модель конвекции мантии с реконструкцией движений тектонических плит на поверхности Земли за последний миллиард лет.
Симуляция показала, что африканская LLVP состоит из более старого материала и лучше перемешана, чем ее тихоокеанский аналог, который содержит на 50% больше океанической коры, погруженной в течение последних 1,2 миллиарда лет.
Более того, модели показывают, что тихоокеанская LLVP постоянно обновлялась за счет новой погруженной океанической коры в течение последних 300 миллионов лет.
Это связано с тем, что на поверхности Земли она окружена зонами субдукции, образующими Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо — 40 000-километровую полосу вулканов и сейсмоактивных зон, опоясывающую океан по периметру.
«Поскольку численное моделирование не идеально, мы запустили несколько моделей для ряда параметров. Каждый раз мы обнаруживали, что тихоокеанская LLVP обогащена погруженной океанической корой. То есть причина этих различий — недавняя история субдукции Земли», — говорит геодинамик Джеймс Пантон из Кардиффского университета в Уэльсе.
Африканская же LLVP — напротив, похоже, не получает новый материал с той же скоростью, поэтому она больше смешалась с окружающей мантией, что привело к снижению плотности.
Разница в плотности между двумя областями могут объяснить, почему африканская LLVP шире и выше, чем тихоокеанская.
Последствия этой разницы могут быть весьма существенными. LLVP влияют на то, как тепло уходит из центра Земли, а от этого зависит конвекция во внешнем ядре — процесс, подобный динамо, который генерирует магнитное поле, защищающее нас от вредных космических лучей.
По мнению исследователей, этот дисбаланс плотности нужно учитывать в моделировании глубинных процессов планеты, чтобы определить, может ли он ухудшить стабильность магнитного поля на самом деле.
