Скрытый слой расплавленной породы найден под тектоническими плитами Земли

Исследователи обнаружили ранее неизвестный слой частично расплавленной породы под земной корой.

Открытие может помочь ученым узнать больше о движениях тектонических плит Земли, которые не только создают горы и землетрясения, но и способствуют формированию среды с правильными химическими и физическими условиями для поддержания жизни на ранней Земле.

Самым внешним слоем нашей планеты является кора, на которой мы живем, а под ней находятся мантия, внешнее ядро и внутреннее ядро. Мировые океаны и континенты расположены на 15 основных блоках, которые движутся и сдвигаются, называемых тектоническими плитами, которые составляют нижнюю кору и верхнюю мантию.

Недавно обнаруженный слой расплава расположен на глубине 100 миль (161 километр) ниже поверхности Земли. Этот слой является частью астеносферы, которая находится под тектоническими плитами. Астеносфера существует в виде мягкого слоя твердой, но податливой породы, который может вызывать движение и сдвиг тектонических плит.

Исследователи задавались вопросом, какие факторы делают астеносферу мягкой, и рассматривали расплавленные породы как часть уравнения. Несмотря на то, что внутренняя часть Земли в основном твердая, породы могут смещаться и медленно перемещаться с течением времени.

Джунлин Хуа, аспирант Школы геонаук Джексона при Техасском университете в Остине, изучал сейсмические изображения мантии Земли, расположенной под Турцией, для своего докторского исследования, когда он заметил признаки частично расплавленной породы. Он начал свою работу в 2020 году, будучи докторантом в Университете Брауна.

Ученые ранее заметили части этого слоя породы и сочли его аномалией, но Хуа и его коллеги-исследователи обнаружили доказательства того, что он имеет более широкое присутствие.

Исследовательская группа подтвердила, что астеносфера состоит как из твердых, так и из расплавленных пород, и что, хотя позже порода частично расплавляется, это не способствует движению плит и не облегчает их перемещение.

“Когда мы думаем о чем-то плавящемся, мы интуитивно думаем, что расплав должен играть большую роль в вязкости материала”, - сказал Хуа. “Но мы обнаружили, что даже там, где доля расплава довольно высока, его влияние на мантийный поток очень незначительно”.

В мантии происходит конвекция или передача тепла, когда горячий, менее плотный материал поднимается, а более холодный, более плотный материал опускается. Исследователи полагают, что присутствие твердых пород и конвекция способствуют движению плит.

Анализ сейсмической активности

По словам Хуа, основной проблемой изучения внутренних слоев Земли является сбор данных, потому что большая их часть может быть собрана только на поверхности, и трудно непосредственно исследовать внутреннюю часть планеты.

“Поэтому ученые использовали сейсмические волны, генерируемые землетрясениями, которые проходят через недра Земли, для изучения скорости распространения сейсмических волн в этих внутренних слоях, подобно компьютерной томографии в больнице”, - сказал Хуа.

Он собрал более 700 изображений, полученных с сейсмических детекторов по всему миру, и создал глобальную карту астеносферы.

Анализируя данные, Хуа увидел, как сейсмические волны проходили через различные материалы под земной корой, включая изменения скорости, направления и времени прибытия в места обнаружения. Наличие расплава в частично расплавленном слое означало, что сейсмические волны двигались медленнее.

Расплавленная порода появилась на сейсмических показаниях в районах, где астеносфера достигла самых высоких температур, около 2640 градусов по Фаренгейту (1450 градусов по Цельсию).

Хуа является ведущим автором исследования, в котором подробно излагаются результаты, опубликованные в понедельник в журнале Nature Geoscience.

“Это исследование имеет фундаментальное значение для понимания того, почему астеносфера — слабый слой мантии под тектоническими плитами, который позволяет плитам двигаться, — на самом деле слабый”, - сказала соавтор исследования Карен М. Фишер, выдающийся профессор геологических наук в Университете Брауна, в заявлении.

“В конечном счете, это свидетельствует о том, что другие факторы, такие как колебания температуры и давления, могут контролировать прочность астеносферы и делать ее достаточно слабой, чтобы тектоника плит была возможной”.

Полученные данные могут помочь исследователям понять, как функционируют различные слои под Землей.