Под земной корой обнаружены скрытые слои тающей породы

То, что ученые знают о нашей планете, в основном глубоко поверхностно, что дает нам лишь поверхностное представление о том, как геологические силы заставляют расколотую кору ударяться и тереться друг о друга.

Совсем недавно исследователи обнаружили кое-что новое о слое частично расплавленной породы, который находится прямо под холодной внешней оболочкой Земли, и это может помочь нам лучше понять механизмы бурлящего потока глубоко под нашими ногами.

Эта гибкая полоса горячего материала известна как астеносфера, и обычно считается, что она в основном твердая, с небольшим количеством жидкого материала, который ослабляет общую структуру.

Однако его верхний слой кажется мягче, чем когда-то подозревали ученые.

Исследование, проведенное исследователями из Техасского университета, выявило различные качества потока и плотности тонкого участка астеносферы, разрешая границы зон внутри слоя, которые могут простираться по всему миру.

Четкая карта различий в эхо-сигналах сейсмических волн, проходящих через недра Земли, может помочь нам выявить действия, которые управляют движением тектонических плит, плавающих на поверхности планеты.

Открытие добавляет жизненно важные детали к глобальной структуре самых верхних слоев мантии, позволяя геологам исключить любое влияние, которое эта конкретная мягкая зона верхней мантии может иметь на общее перемешивание астеносферы.

«Мы не можем исключить, что локальное таяние не имеет значения», — признает геофизик Торстен Беккер из Техасского университета.

«Но я думаю, что это заставляет нас рассматривать эти наблюдения за таянием как маркер того, что происходит на Земле, а не обязательно как активный вклад в что-либо».

На практике, по словам Беккера, в будущих моделях земного недра одной переменной меньше.

В то время как некоторые предыдущие исследования предполагали, что астеносфера прерывается случайными вспышками расплавленной активности, до недавнего времени не было ясно, насколько широко может быть распространено это явление.

Для нового исследования Беккер и его коллеги создали глобальную карту астеносферы, используя сейсмические изображения мантии, полученные со станций по всему миру.

Когда сейсмические волны, посылаемые этими наземными станциями, достигают верхней части астеносферы, они значительно замедляются, и это говорит о том, что верхний слой расплавлен больше, чем другие части.

Материал с большей текучестью обычно обеспечивает больший поток, но здесь это не обязательно так.

Карта астеносферы, составленная учеными, на самом деле не совпадает с движением тектонических плит наверху. Например, области, где сейсмические волны движутся медленнее, не проявляют большей тектонической активности.

«Когда мы думаем о том, что что-то плавится, мы интуитивно думаем, что расплав должен играть большую роль в вязкости материала», — говорит Цзюньлинь Хуа, руководитель исследования.

«Но мы обнаружили, что даже там, где доля расплава довольно высока, его влияние на течение мантии очень незначительно».

Любопытно, что существует несколько полос расплавленного материала, разбросанных по всей астеносфере, а не только наверху, где горячая магма имеет тенденцию скапливаться на глубине от 100 до 150 километров (примерно от 60 до 90 миль).

На дне астеносферы, например, обычно появляется полоса расплавленного материала, возможно, в результате дегидратационного плавления, которое может происходить при недонасыщении горных пород водой.

С другой стороны, средний слой глубиной около 260 километров не так широко распространен, но появляется спорадически и может быть результатом плавления мантии с участием углерода.

Ученые давно подозревали, что тектонические плиты Земли движутся благодаря потокам расплавленной породы, лежащей глубоко под поверхностью, но точная динамика подъема и опускания газа, жидкости или породы неясна.

Основываясь на текущих результатах, исследователи из UT подозревают, что постепенные изменения температуры и давления в астеносфере являются движущей силой глубокого потока полурасплавленной породы. Общая вязкость этого региона не так важна, когда речь идет о перемещении тектонических плит выше.

«Эта работа важна, потому что понимание свойств астеносферы и причин ее слабости имеет фундаментальное значение для понимания тектоники плит», — говорит сейсмолог Карен Фишер, которая сейчас работает в Университете Брауна.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience .