В течение десятилетий геологи были озадачены двумя массивными структурами, скрывающимися на границе между ядром и мантией Земли. Долгое время считалось, что эти загадочные области — одна под Африкой, другая под Тихим океаном — имеют схожее происхождение. Однако новаторское исследование свидетельствует об обратном, обнаруживая ключевое различие, которое ставит под сомнение прежние модели глубинных недр Земли.

Используя сейсмические волны, генерируемые землетрясениями, ученые составили карту внутренней структуры планеты. Ранние исследования выявили два колоссальных региона, где эти волны замедляются, известные как Большие провинции низких скоростей сдвига (LLSVPs). Эти образования, простирающиеся на тысячи километров в поперечнике, занимают значительную часть границы ядра и мантии.

Долгие годы ученые полагали, что эти две формации являются по сути близнецами — массивными остатками древних планетарных столкновений. Однако новые данные свидетельствуют о том, что африканский LLSVP принципиально отличается от тихоокеанского.

Ключевые различия между двумя LLSVP

Недавнее моделирование показывает, что:

• Африканский LLSVP старше и состоит из более тщательно перемешанного материала.
• Тихоокеанский LLSVP, напротив, сильно обогащен океанической корой, которая погрузилась в мантию в течение последних 300 миллионов лет.
• Африканская структура поднимается выше от поверхности ядра, но имеет меньшую плотность по сравнению с тихоокеанским аналогом.

Это означает, что, хотя эти два региона могут казаться похожими по сейсмическим показаниям, их состав говорит о другом.

Как движение земных плит формирует глубокую мантию

Обнаружение этих различий имеет большое значение для понимания эволюции Земли. По мнению исследователей, субдукция — процесс, при котором океаническая кора опускается под другие плиты, — в значительной степени ответственна за формирование Тихоокеанской ОЛСВП. Огненное кольцо, зона интенсивной геологической активности вокруг Тихого океана, постоянно подпитывает этот регион свежим материалом от погружающихся плит.

Между тем Африканская плита движется гораздо медленнее, а значит, в ее ОЛСВП попадает меньше океанической коры. Со временем различия в том, как эти структуры накапливают материал, привели к их различному составу.

Связь с супервулканами и магнитным полем Земли?

Помимо геологических курьезов, эти глубоководные особенности могут влиять на вулканизм и магнитное поле Земли.

Неравномерное распределение тепла от ядра к мантии — отчасти благодаря этим структурам — может влиять на конвективные потоки, управляющие геомагнитным полем.
Некоторые исследования предполагают, что LLSVP могут играть роль в супервулканических извержениях, потенциально влияя на состояние поверхности в течение миллионов лет.

Эти выводы опровергают некогда господствовавшую теорию о том, что LLSVP — это просто остатки древнего столкновения, в результате которого образовалась Луна. Вместо этого они представляются динамическими структурами, сформированными эволюционирующей поверхностью Земли.

С помощью современных сейсмических изображений и вычислительных моделей ученые продолжают совершенствовать свое понимание того, что лежит под нашими ногами. По мере совершенствования технологий, вероятно, будут открываться новые сюрпризы о глубинных недрах Земли.

Полученные данные заставляют пересмотреть устоявшиеся модели мантийной динамики и тепловой эволюции Земли. Различия в составе и плотности LLSVP указывают на то, что мантия не является однородной средой, а представляет собой сложную систему с региональными особенностями.

Понимание этих различий критически важно для построения более точных моделей конвекции мантии. Геодинамическое моделирование должно учитывать неравномерное распределение плотности и состава, чтобы прогнозировать движение плит и процессы теплопередачи.

Новые исследования подчеркивают необходимость дальнейшего изучения LLSVP с использованием различных геофизических методов. Анализ изотопного состава вулканических пород, связанных с этими структурами, может дать дополнительную информацию об их происхождении и эволюции.

В конечном итоге, расшифровка тайн LLSVP позволит лучше понять процессы, формирующие нашу планету, и их влияние на долгосрочную стабильность климата и геологической активности.