Геологи знайшли древні «фортеці» у мантії Землі глибиною 1800 миль

Геологи представили революційні сейсмічні докази існування масивних древніх «фортець», розташованих майже на глибині 1800 миль під поверхнею Землі в мантії. Ці колосальні структури не лише старіші та міцніші за навколишні породи, але й кардинально змінили наше розуміння внутрішньої будови планети. Їх відкриття стало можливим завдяки інноваційним сейсмічним методам, а результати досліджень опубліковані у престижному науковому журналі Nature. Ці утворення, що охоплюють величезні території під Африкою та Тихим океаном, надають цінні відомості про складні динамічні процеси, які відбуваються в глибинах нашої планети.

У центрі цього відкриття знаходяться Великі Провінції з Низькою Сейсмічною Швидкістю, відомі як LLSVP, які являють собою великі, повільні регіони гарячих порід, розташовані на межі ядра та мантії. Ці провінції, які неформально називають «фортецями», займають територію приблизно розміром з континенти. Африканська та Тихоокеанська LLSVP є двома найбільш помітними, кожна з яких сягає понад 3000 миль у ширину, при цьому африканська фортеця піднімається приблизно на 600 миль над мантією. Найбільш захоплюючою особливістю цих структур є те, що вони залишаються практично незачепленими звичайними процесами мантійної конвекції, тобто не течуть і не рухаються так, як очікувалося.

Сейсмічна томографія, методика картографування внутрішньої будови Землі, вперше виявила ці «фортеці» у 1990-х роках. Однак лише в останніх дослідженнях їх справжня природа та роль були повністю зрозумілі. «Великі землетруси змушують всю Землю дзвеніти як дзвін з різними тонами», — пояснила Арвен Деусс, сейсмолог з Утрехтського університету. Її команда, до якої увійшли науковці з Європи, Австралії та Сполучених Штатів, досліджувала сейсмічні хвилі від великих землетрусів і виявила, що ці «фортеці» не поглинають енергію так, як очікувалося, що доводить їх унікальні властивості.

LLSVP характеризуються здатністю сповільнювати сейсмічні хвилі, що виділяє їх серед навколишнього мантійного матеріалу. Науковці виявили, що ці області не лише гарячіші, але й мають інші механічні властивості порівняно з холоднішими регіонами навколо них. Ключова відмінність полягає в їх зерновій структурі. У мантії мінерали утворюються у мікроскопічні кристали, але у випадку LLSVP кристали значно більші та більш вирівняні.

Це явище, яке спостерігалося в лабораторних умовах за допомогою експериментів високого тиску, відіграє вирішальну роль у тому, чому сейсмічні хвилі легше проходять через ці регіони. Менша кількість мікроскопічних меж зерен у фортецях означає, що менше енергії втрачається під час проходження сейсмічних хвиль. «У мантії Землі менше потоків, ніж зазвичай вважається», — пояснила Деусс, підкреслюючи, як ці масивні нерухомі структури руйнують традиційне розуміння мантійної конвекції.

Відкриття цих масивних структур змушує науковців переглянути всю модель внутрішньої динаміки Землі. Традиційний погляд на рівномірно конвектуючу мантію, де тепло піднімається, а холодніші породи опускаються, піддається сумніву. Нерухомі фортеці порушують цю картину, припускаючи більш шарувату та неоднорідну мантію, де частини її залишаються жорсткими, тоді як інші є текучими. Це може мати глибокі наслідки не лише для нашого розуміння геологічних процесів, але й для явищ, що спостерігаються на поверхні Землі, таких як вулканічна активність та тектоніка плит.

Ці «фортеці» також можуть пояснити утворення мантійних плюмів — стовпів гарячих порід, які піднімаються з внутрішніх частин Землі на поверхню. Ці плюми відповідають за вулканічні гарячі точки, такі як ті, що створюють Гавайські острови. Вважається, що краї цих фортець діють як стартові майданчики для цих плюмів, створюючи вулканічні ланцюги та великі магматичні провінції, які пов'язані з масовими вимираннями в історії Землі. Стабільність цих структур потенційно може впливати на рух тектонічних плит протягом геологічного часу, впливаючи на дрейф континентів та утворення гірських поясів.

Дослідження також показало, що ці структури можуть бути набагато старішими, ніж раніше передбачалося, можливо, існуючи мільярди років. Їх довговічність та стійкість до мантійної конвекції роблять їх унікальними архівами ранньої історії Землі. Науковці припускають, що ці фортеці могли зберігати інформацію про умови, які існували під час формування планети, надаючи безцінні дані про еволюцію Землі.

Методи дослідження, використані для виявлення цих структур, також представляють значний технологічний прорив. Удосконалені сейсмічні техніки дозволили науковцям створити детальні тривимірні карти внутрішньої частини Землі з безпрецедентною точністю. Ці методи відкривають нові можливості для вивчення глибинних процесів планети та можуть призвести до подальших відкриттів у майбутньому.