175
Многие представляют внутреннюю мантию Земли как отдельные слои, сложенные друг на друга, как многослойный пирог, где каждый слой представляет тарелку. На самом деле, эти внутренние зоны сложны и часто полны сюрпризов. Сейсмологи полагались на конкретные типы волн землетрясений, чтобы узнать о недрах Земли, но теперь другая техника рисует гораздо более подробную картину. Эта свежая перспектива заставила ученых задуматься, есть ли скрытый материал в тех местах, которые когда-то считались пустыми.
Понимание мантии Земли – основы
Мантия Земли – это толстый слой горной породы, лежащий между корой планеты и ее ядром. Он тянется примерно на 1800 миль (2900 километров) в глубину, что составляет примерно 84% общего объема Земли. Мантия в основном состоит из силикатных минералов, богатых железом и магнием, и она в большинстве своем жесткая, но в течение длительного периода ведет себя как густая, медленно текучая жидкость. Этот поток является тем, что управляет движением тектонических плит на поверхности Земли, вызывая землетрясения, извержения вулканов и смещение континентов. Тепло от ядра Земли вызывает конвекционные потоки в мантии, где горячий материал поднимается, охлаждается у коры, а затем опускается назад, создавая непрерывный цикл. Этот процесс играет ключевую роль в формировании поверхности планеты.
Тектонические плиты в мантии Земли
Открытие явилось результатом использования метода высокого разрешения под названием инверсия полной формы волны. Ученые используют этот подход для интерпретации каждого типа сейсмической волны, вызванной землетрясениями, а не сосредотачиваются только на одном виде. Благодаря этому они могут выстроить более чёткую модель внутренней структуры Земли. Применив этот метод к нижней мантии, исследователи увидели карманы, которые, казалось бы, остатки фрагментов плиты в областях без известной истории субдукции.
После анализа они были поражены тем, насколько распространенными казались эти скрытые аномалии. под сомнение предположение о том, где на Земле могут находиться остатки старых тектонических плит.
Интерпретация сейсмических сигналов
Чтобы понять, как исследователи попали сюда, следует упомянуть, как работают сейсмические волны. Когда происходит землетрясение, волны излучаются по всем направлениям. Эти волны отскакивают, сгибаются и смещаются, путешествуя по планете. Приблизительно так же, как врачи используют методы медицинской визуализации, геофизики измеряют время, за которое волны достигают различных сейсмических станций по всему миру. Скорость этих сигналов раскрывает подробности о плотности и жесткости горных пород. В предыдущие годы ученые в значительной степени полагались на отдельные сейсмические фазы. Но изучив все доступные волновые данные, были обнаружены новые формы и плотности нижней мантии Земли.
Почему мантия Земли важна?
В течение сотен миллионов лет плиты формировались, смещались и погружались обратно в недра Земли. Этот цикл играет роль в контроле таких явлений как образование вулканов, землетрясения и медленный дрейф континентов. Исследователи давно знают, что плиты субдукционных плит скапливаются под регионами, где одна тектоническая плита скользит под другую. Это было неожиданностью, когда на новых изображениях были обнаружены большие плиты под океанами и внутренними частями континентов, не имеющих четкой истории столкновений плит. Это сигнализирует о возможном усложнении в нашем понимании того, как эволюционируют пластины и куда они попадают.
Таинственная плита под Тихим океаном
Одна из самых больших неожиданностей была в зоне под западной частью Тихого океана. Согласно текущим тектоническим графикам плит, нет никаких причин для того, чтобы старые фрагменты плит были там.
"Видимо, такие зоны в мантии Земли распространены гораздо шире, чем считалось ранее", - сказал Шоутен.
Никакие геологические данные не указывают на историческую субдукцию вблизи. Это указывает на то, что аномалии могут быть отнюдь не кусками пластин или, по крайней мере, не такими, как первоначально представляли ученые.
Может ли быть что-нибудь другое?
Сейчас ученые сталкиваются с вопросами происхождения и природы этих структур. Некоторые говорят, что это могут быть древние, богатые кремнеземом карманы, оставшиеся от ранней мантии. Другие предполагают, что это могут быть богаты железом накопления, дрейфующими в течение миллиардов лет. Шоутен объяснил, что новая модель обнаруживает аномалии внутри Земли, но точные материалы или фрагменты пластин, ответственные за эти узоры, остаются неясными. Эта неопределенность свидетельствует о более многообразном диапазоне складов мантии Земли, чем считалось ранее.
Следующие шаги для более глубокого понимания
Инверсия полной формы волны является многообещающим инструментом для этих исследований, но предлагает лишь представление о том, как быстро или медленно волны движутся сквозь материал. Исследователи говорят, что они нуждаются в дальнейшем совершенствовании, чтобы выявить химические и термические отличия. Некоторые из них обращаются к дополнительным наборам данных, включая электромагнитные сигналы и данные экспериментов по физике минералов. Комбинация этих методов может обнаружить, происходят ли эти мантийные «капли» из первоначального происхождения, из переработанной океанической коры или из чего-нибудь совсем другого.
Последствия для тектоники плит
Если ученые подтвердят, что в глубинах Земли существует больше таких зон, им, возможно, придется скорректировать многие теории о том, как тепло движется по планете. Такие скрытые зоны могут изменить модели конвекции и формирование мантийных плюмов. История тектоники плит также может иметь обновления с новыми разделами о том, как фрагменты плит блуждают и трансформируются способами, которые ранее не были задокументированы. Эти открытия напоминают нам, что наука о Земле, как и любая другая наука, никогда не является окончательной.
Поиски продолжаются
В будущем усовершенствованные суперкомпьютеры могут обрабатывать еще большие наборы данных, чтобы создавать более четкие изображения нижней мантии Земли и ее плитных структур. Это может решить прения о подлинной природе этих загадочных аномалий. Как показала команда Шоутена, иногда видеть всю картину означает смотреть за пределы того, что мы думаем, что мы уже знаем. Исследование опубликовано в Научные доклады.
