Багато людей уявляють внутрішню мантію Землі як окремі шари, складені один на одного, як багатошаровий пиріг, де кожен шар представляє тарілку. Насправді ці внутрішні зони складні і часто повні сюрпризів. Сейсмологи покладалися на конкретні типи хвиль землетрусів, щоб дізнатися про надра Землі, але тепер інша техніка малює набагато більш детальну картину. Ця свіжа перспектива змусила вчених задуматися, чи є прихований матеріал у місцях, які колись вважалися порожніми.
Розуміння мантії Землі – основи
Мантія Землі — це товстий шар гірської породи, що лежить між корою планети та її ядром. Він тягнеться приблизно на 1800 миль (2900 кілометрів) в глибину, що становить приблизно 84% від загального об’єму Землі. Мантія в основному складається з силікатних мінералів, багатих залізом і магнієм, і вона здебільшого тверда, але протягом тривалого періоду поводиться як густа, повільно текуча рідина. Цей потік є тим, що керує рухом тектонічних плит на поверхні Землі, викликаючи землетруси, виверження вулканів і зміщення континентів. Тепло від ядра Землі викликає конвекційні потоки в мантії, де гарячий матеріал піднімається, охолоджується біля кори, а потім опускається назад, створюючи безперервний цикл. Цей процес відіграє ключову роль у формуванні поверхні планети.
Тектонічні плити в мантії Землі
Відкриття стало результатом використання методу високої роздільної здатності під назвою інверсія повної форми хвилі. Вчені використовують цей підхід для інтерпретації кожного типу сейсмічної хвилі, викликаної землетрусами, а не зосереджуються лише на одному виді. Завдяки цьому вони можуть побудувати більш точну модель внутрішньої структури Землі. Застосувавши цей метод до нижньої мантії, дослідники побачили кишені, які, здавалося б, є залишками фрагментів плити в областях без відомої історії субдукції.
Після аналізу вони були вражені тим, наскільки поширеними здавалися ці приховані аномалії. Цією роботою керувала команда, до складу якої входив докторант Томас Шоутен з Геологічного інституту ETH Zurich, який співпрацював з експертами з Каліфорнійського технологічного інституту. Їхні спільні зусилля принесли нові ідеї, які поставили під сумнів припущення про те, де на Землі можуть знаходитися залишки старих тектонічних плит.
Інтерпретація сейсмічних сигналів
Щоб зрозуміти, як дослідники потрапили сюди, варто згадати, як працюють сейсмічні хвилі. Коли відбувається землетрус, хвилі випромінюються в усіх напрямках. Ці хвилі відскакують, згинаються та зміщуються, подорожуючи планетою. Приблизно так само, як лікарі використовують методи медичної візуалізації, геофізики вимірюють час, за який хвилі досягають різних сейсмічних станцій по всьому світу. Швидкість цих сигналів розкриває подробиці про щільність і жорсткість гірських порід. У попередні роки вчені значною мірою покладалися на окремі сейсмічні фази. Але вивчивши всі доступні хвильові дані, натомість було виявлено нові форми та щільності нижньої мантії Землі.
Чому мантія Землі важлива?
Протягом сотень мільйонів років плити формувалися, зміщувались і занурювалися назад у надра Землі. Цей цикл відіграє роль у контролі таких явищ, як утворення вулканів, землетруси та повільний дрейф континентів. Дослідники давно знають, що плити субдукційних плит скупчуються під регіонами, де одна тектонічна плита ковзає під іншу. Тож було несподіванкою, коли на нових зображеннях були виявлені великі плити під океанами та внутрішніми частинами континентів, які не мають чіткої історії зіткнень плит. Це сигналізує про можливе ускладнення в нашому розумінні того, як еволюціонують пластини і куди вони потрапляють.
Читайте також – Середовище проживання та еволюція формують унікальні звуки птахів
Таємнича плита під Тихим океаном
Одна з найбільших несподіванок була в зоні під західною частиною Тихого океану. Відповідно до поточних тектонічних графіків плит, немає жодних причин для того, щоб старі фрагменти плит були там.
«Мабуть, такі зони в мантії Землі поширені набагато ширше, ніж вважалося раніше», — сказав Шоутен.
Жодні геологічні дані не вказують на історичну субдукцію поблизу. Це вказує на те, що аномалії можуть бути зовсім не шматками пластин або, принаймні, не такими, як спочатку уявляли вчені.
Чи може бути щось інше?
Зараз вчені стикаються з питаннями про походження та природу цих структур. Деякі кажуть, що це можуть бути стародавні, багаті кремнеземом кишені, що залишилися від ранньої мантії. Інші припускають, що це можуть бути багаті залізом накопичення, які дрейфували протягом мільярдів років. Шоутен пояснив, що нова модель виявляє аномалії всередині Землі, але точні матеріали або фрагменти пластин, відповідальні за ці візерунки, залишаються незрозумілими. Ця невизначеність свідчить про більш різноманітний діапазон складів мантії Землі, ніж вважалося раніше.
Наступні кроки для глибшого розуміння
Інверсія повної форми хвилі є багатообіцяючим інструментом для цих досліджень, але вона пропонує лише уявлення про те, як швидко чи повільно хвилі рухаються крізь матеріал. Дослідники кажуть, що вони потребують подальшого вдосконалення, щоб виявити хімічні та термічні відмінності. Деякі звертаються до додаткових наборів даних, включаючи електромагнітні сигнали та дані експериментів з фізики мінералів. Комбінація цих методів може виявити, чи походять ці мантійні «краплі» з первісного походження, з переробленої океанічної кори чи з чогось зовсім іншого.
Наслідки для тектоніки плит
Якщо вчені підтвердять, що в глибинах Землі існує більше таких зон, їм, можливо, доведеться скорегувати багато теорій про те, як тепло рухається планетою. Такі приховані зони можуть змінити моделі конвекції та формування мантійних плюмів. Історія тектоніки плит також може мати оновлення, з новими розділами про те, як фрагменти плит блукають і трансформуються способами, які раніше не були задокументовані. Ці відкриття нагадують нам, що наука про Землю, як і будь-яка інша наука, ніколи не є остаточною.
Пошуки тривають
У майбутньому вдосконалені суперкомп’ютери можуть обробляти ще більші набори даних, щоб створювати чіткіші зображення нижньої мантії Землі та її плитних структур. Це може вирішити дебати про справжню природу цих загадкових аномалій. Інтегруючи різні підходи – сейсмічні, хімічні та обчислювальні – вчені Землі продовжуватимуть розкривати частини прихованої складності нашої планети Як показала команда Шоутена, іноді бачити всю картину означає дивитися за межі того, що ми думаємо, що ми вже знаємо. Дослідження опубліковано в Scientific Reports.
