221
Революційне дослідження, опубліковане в журналі Nature Geoscience, виявило несподіваний зв’язок між втратою поверхневих вод Аральського моря та динамічною реакцією астеносфери – пластичного шару верхньої мантії Землі під Євразійським континентом.
Аральське море, колись четверте за величиною внутрішнє водоймище у світі, втратило приблизно 1 000 кубічних кілометрів води з 1960-х років. Ця катастрофічна зміна створила унікальний природний експеримент для вивчення механічних реакцій земної літосфери та мантії. Дослідники зафіксували стійке підняття ґрунту до 7 міліметрів щороку навколо регіону Аральського моря протягом 2016-2020 років.
Дослідницька група під керівництвом В. Фана використала супутникову радіолокаційну інтерферометрію для вимірювання деформації ґрунту. Просторовий розподіл підняття зменшується в радіальному напрямку від басейну колишнього моря. Така закономірність відповідає процесам в’язкопружної релаксації, що відбуваються в астеносфері.
Методологія та ключові відкриття
Науковці застосували комплексні методи пружного і в’язкопружного моделювання для аналізу отриманих даних. Їхні моделі найкраще узгоджуються зі спостереженнями, коли включають астеносферу з певними характеристиками. “Ефективна в’язкість астеносфери в діапазоні від 4 до 7 разів 10^19 паскаль-секунд з центром на глибинах між 130 і 190 кілометрами”, як зазначають дослідники, є значно нижчою, ніж передбачалося раніше.
Це відкриття має багатогранні наслідки для геофізики. По-перше, воно уточнює розуміння структури в’язкості мантії під внутрішніми частинами континентів. Мантія під більшою частиною Євразії виявилася механічно слабшою, ніж припускали класичні моделі.
Дослідження демонструє зв’язок між поверхневими гідрологічними змінами та глибинною динамікою Землі. На відміну від миттєвої пружної реакції земної кори, в’язко-пружна релаксація в мантії відбувається протягом десятиліть.
Технічні аспекти дослідження
Супутникова радіолокаційна інтерферометрія дозволила виявити найдрібніші вертикальні рухи ґрунту. Ця технологія заснована на вимірюванні різниці фаз радіолокаційних сигналів. Точність вимірювань сягає міліметрів на рік, що критично важливо для виявлення тонких в’язкопружних підйомів.
Просторова картина підняття вказує на потужну літосферну мантію над більш пластичною астеносферою. “Ця шарувата реологічна структура узгоджується з геодинамічними теоріями, які стверджують, що мантія механічно стратифікована”, пояснюють автори дослідження. Верхній шар протистоїть деформації в короткі проміжки часу, тоді як нижня астеносфера піддається в’язкій релаксації.
Традиційно в’язкість мантії визначалася на основі досліджень ізостатичного пристосування льодовиків або постсейсмічного ковзання. Ці підходи давали дуже розкидані значення через різні умови вимірювань. Висихання Аральського моря надало унікальну можливість для незалежної оцінки цього важливого параметра.
Антропогенний вплив та майбутні дослідження
Дослідження розширює розуміння того, що антропогенні зміни можуть впливати не лише на поверхневі процеси, але й на глибинні шари Землі. Внутрішні частини континентів виявилися цінними природними лабораторіями для вивчення властивостей мантії. “Підняття, спричинене висиханням, пропонує рідкісний сигнал деформації, що охоплює кілька років”, відзначають науковці.
Детальніше просторово-часове картування подібних явищ може розширити знання про варіації в’язкості мантії в різних геологічних провінціях. Таке розуміння критично важливе для вдосконалення моделей конвекції мантії та прогнозування стабільності літосфери.
Отримані результати ставлять важливі запитання про взаємозв’язок між кліматом, гідрологією та глибинною динамікою Землі. Чи можуть великомасштабні проекти з управління водними ресурсами спричинити вимірні деформації? Як варіації в’язкості астеносфери вплинуть на розподіл напружень у тектонічних плитах?
Висихання Аральського моря спричинило не лише екологічну кризу, але й відкрило нові можливості для наукових відкриттів. Використання сучасних супутникових технологій дозволило виявити, що астеносфера слабша, ніж очікувалося, і може довгостроково пристосовуватися до змін поверхневої маси.
Це відкриття змінює наше розуміння динаміки Землі, демонструючи взаємозв’язок процесів на всіх рівнях – від мікроскопічних мінеральних дефектів до континентальних деформацій. “Людський вплив проникає вглиб Землі, тонко змінюючи механізми, що керують тектонікою плит і конвекцією мантії”, підсумовують дослідники.
