Ученые обнаружили «затонувшие миры», спрятанные глубоко в мантии Земли, которых там быть не должно

На протяжении десятилетий ученые составляли более полную картину земных недр с помощью сейсмографов — трехмерных изображений, созданных путем измерения того, как сейсмические волны от землетрясений отражаются в глубинах нашей планеты. Этот метод помог ученым выявить древние участки земной коры, известные как субдуцированные плиты, которые были втянуты в мантию через зоны субдукции в местах соприкосновения тектонических плит. Например, в октябре 2024 года исследователи объявили об обнаружении участка морского дна, погрузившегося глубоко в мантию под островом Пасхи.

В исследовании, опубликованном 4 ноября 2024 года в журнале Scientific Reports, ученые сообщили, что с помощью нового типа сейсмографической съемки они обнаружили «множество» потенциальных субдуцированных плит в мантии Земли. (О размерах, форме и точном местоположении слябов пока известно немного).

Однако в отличие от ранее идентифицированных субдуцированных плит, которые обнаруживаются в районах, где тектонические плиты сталкиваются в настоящее время или сталкивались ранее, некоторые из новых аномалий расположены в местах, где никогда не было известно о тектонической активности, например, под западной частью Тихого океана. В результате непонятно, как они там оказались.

В новой модели показаны пятна в мантии Земли, где сейсмические волны распространяются медленнее, чем обычно (синий цвет), что позволяет предположить, что они могут быть субдуцированными кусками слэбов (иллюстрация: Sebastian Noe/ETH Zurich).

«В этом и заключается наша дилемма», — сказал Томас Схаутен, докторант Геологического института ETH Zurich в Швейцарии, в заявлении, опубликованном 7 января. «С помощью новой модели высокого разрешения мы можем видеть такие аномалии повсюду в мантии Земли. Но мы не знаем, что именно они собой представляют».

Существуют и другие возможные объяснения появления новых пятен на карте. Например, они могут быть сделаны из материала, похожего на корку, оставшегося после создания мантии 4 миллиарда лет назад. Или же они могут состоять из другого столь же плотного материала, выросшего в мантии за последние несколько сотен миллионов лет.

Однако это лишь альтернативные теории. На данный момент идентичность этих пятен остается «большой загадкой», — пишут представители ETH Zurich в своем заявлении.

Поиск «затонувших миров»

До сих пор все, что мы знаем о внутренностях Земли, было получено путем сшивания различных сейсмограмм, созданных в результате отдельных землетрясений по всему миру. Но в новом исследовании ученые применили новый метод, известный как инверсия полной формы волны, который использует компьютерные модели для объединения этих сейсмограмм в единое четкое изображение.

Этот метод требует больших вычислительных затрат, поэтому для его реализации ученым пришлось запустить модель на суперкомпьютере Piz Daint в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре в Лугано — ранее самом мощном компьютере в Европе.

Вновь обнаруженные пятна расположены вдали от нынешних или прошлых линий разломов между тектоническими плитами. (Фото: Getty Images).

Соавтор исследования Андреас Фихтнер, сейсмолог из ETH Zurich, который создал модель полной формы волны, использованную в новом исследовании, сравнил использование инверсии полной формы волны с достижениями в области медицинской визуализации. Представьте, что врач десятилетиями изучает кровеносную систему, — говорит Фихтнер. «Затем, если вы дадите ему новый, более совершенный инструмент для обследования, он вдруг увидит артерию в ягодице, которой там на самом деле не место», — пояснил Фихтнер. «Именно так мы относимся к новым находкам».

Исследователи полагают, что вновь обнаруженные пятна могут быть субдуцированными плитами, в основном потому, что сейсмические волны проходят через них с одинаковой скоростью. Но это не гарантирует, что это одно и то же, и необходимы дополнительные исследования, чтобы оценить, действительно ли они похожи.

«Мы должны рассчитать различные параметры материала, которые могли бы генерировать наблюдаемые скорости различных типов волн», — говорит Схаутен. «По сути, мы должны глубже проникнуть в свойства материала, лежащие в основе скорости волн».

Существует много вопросов о природе и происхождении этих загадочных пятен, выделяющихся на картах мантии Земли. Так как тектонические процессы — это бесконечно динамичные взаимодействия, имеющие глубокие корни в истории планеты, исследователи понимают, что ответы на эти вопросы могут изменить наше восприятие внутренней структуры Земли и ее эволюции.

Хотя новые данные о субдуцированных плитах представляются многообещающими, некоторые геологи выражают сомнения по поводу их интерпретации. Разные гипотезы об образовании этих аномалий — от остатков древней коры до мантийных образований, сформировавшихся за миллионы лет — требуют дополнительных исследований для подтверждения. Чтобы лучше понять характер этих образований, геодинамические модели могут быть необходимы для симуляции условий, при которых эти слэбы могли возникнуть и существовать.

Помимо теоретических аспектов, результаты этого исследования могут повлиять на практические применения, например, на понимание сейсмических рисков. Если эти затерянные миры содержат информацию о древних тектонических процессах, это может помочь лучше предсказать тектонические движения, потенциально уменьшая ущерб от землетрясений.

В дополнение к этому, подобные находки открывают новые горизонты в области геологических исследований. Век технологий и вычислительных мощностей шагнул вперед, и возможности, которыми теперь обладают ученые для мониторинга и анализа внутренних процессов Земли, безусловно, изменили подход к многим вопросам в геологии и сейсмологии. Исследователи намерены продолжать использовать эти новые методы для изучения секрета подземных структур, что может привести к новым открытиям о веществах, скрытых глубоко под поверхностью, и способствовать лучшему пониманию поведения планеты в целом.

С учетом вышеизложенного, дальнейшие исследования станут неотъемлемой частью этой исследовательской работы. Ученые планируют использовать более совершенные модели и собирать больше данных о сейсмических волнах, чтобы лучше проанализировать причины и последствия этих аномалий. Это может привести не только к расшифровке загадок материи Земли, но и к улучшению технологий, применяемых в геофизических исследованиях.

В конце концов, открытия, делающие возможным понимание этих скрытых глубинных структур, олицетворяют стремление человека разгадать тайны нашей планеты, а также расширяют кругозор о ее прошлом. С каждым новым вектором исследований мы приближаемся к более целостному пониманию динамики Земли и тех сил, которые формируют наш мир.