Исследователи обнаружили два суперконтинента под Африкой и Тихим океаном
Два «суперконтинента», погребенные под поверхностью нашей планеты, скрывающиеся внутри Земли, могут быть намного старше, чем считалось ранее. Мантия, зона между тонкой корой нашей планеты и расплавленным ядром, состоит из 2900 километров в основном твердой породы, консистенции загустевшей карамели, которую ученые долгое время считали однородно перемешанной. Но в мантии были обнаружены огромные неперемешанные области, как шоколадная крошка в печенье, и новые открытия только начинают раскрывать их секреты.
Среди загадочных мантийных образований есть два огромных &ld;суперконтинента&rd;, погребенных на глубине тысяч миль под земной корой среди остатков древних тектонических плит, сообщает CNN. Один суперконтинент находится под Африкой, а другой — глубоко под Тихим океаном. Используя новый метод анализа данных о землетрясениях, исследователи недавно обнаружили ранее неизвестные подробности об этих обширных островных регионах, показывающие, что они могут служить якорями в мантии нашей планеты и что они могут быть намного старше, чем считалось ранее.
Это открытие добавляется к растущему массиву доказательств, предполагающих, что каменистая мантия не так хорошо перемешана внутренними процессами Земли, как считалось ранее. А скрытые структуры или скопления рыхлого материала, подобные этим суперконтинентам, могут влиять на активность мантии, включая движение плит, способами, которые еще предстоит понять, сообщили ученые в конце января в журнале Nature.
&ld;Эти результаты будут способствовать лучшему пониманию конвекции мантии и тектоники плит, а следовательно, и явлений, которые мы наблюдаем на поверхности, таких как землетрясения и вулканизм&ld;, сказала Клэр Ричардсон, докторант Школы исследования Земли и космоса в Университете штата Аризона, которая не принимала участия в новом исследовании.
&ld;Изучение физических, термических и химических свойств горных пород на глубине около 3000 километров под нашими ногами при экстремальных температурах и давлениях является сложной задачей, мягко говоря, сказала Ричардсон CNN. «Есть много открытых вопросов, и каждое новое исследование приближает нас к пониманию того, что'на самом деле происходит там внизу.»
Исследователи впервые заметили подземные суперконтиненты около 50 лет назад, когда они появились как аномалии в сейсмических данных, вызванных землетрясениями, достаточно мощными, чтобы посылать эхо по всей планете. Когда сейсмические волны сталкиваются с необычными структурами в мантии, изменения в скорости волн дают сейсмологам представление о глубоких недрах Земли.
За десятилетия сейсмические данные показали, что эти суперконтиненты составляют около 20% границы мантии и ядра. Каждый из погребенных островов простирается на сотни тысяч миль, а в некоторых местах они возвышаются почти на 600 миль. Однако было мало известно о том, из чего они сделаны, когда они затонули и какую роль они могли играть в мантийном потоке, известном как конвекция, говорит доктор Суджания Талавера-Соса, ведущий автор нового исследования и исследователь в области наук о Земле и сейсмологии в Утрехтском университете в Нидерландах.
&ld;Их происхождение и являются ли они долгоживущими структурами широко обсуждаются&rd;, объясняет Талавера-Соса.
Более ранние исследования были сосредоточены на скорости сейсмических волн и обнаружили, что волны замедлялись примерно на 2% по мере достижения суперконтинентов. Это замедление сейсмических волн привело геологов к тому, что они назвали регионы крупными провинциями с низкой скоростью скольжения (LLSVP).
Уменьшение сейсмических скоростей предполагает, что эти мантийные зоны были горячее, чем окружающие их породы, сказал Талавера-Соуза. Но было неизвестно, отличались ли эти LLSVP структурно от соседних регионов. Ученые также не были уверены, были ли суперконтиненты активно конвектирующими или были «своего рода плотными кучами, которые просто сидели там», сказал соавтор исследования доктор Арвен Деусс, профессор глубинной структуры и состава Земли в Утрехтском университете.
«Об этом не было никакой информации», сказал Деусс. «Все, что мы знали, это то, что сейсмические волны замедлились».
В новом исследовании авторы использовали другой подход к изучению LLSVP, чтобы увидеть, смогут ли они получить подробную информацию о составе и активности зон. Они изучили ослабление или интенсивность сейсмических сигналов по мере их прохождения через мантию, чтобы увидеть, сколько энергии теряется при землетрясениях.
Как отмечает доктор Дайсс, в музыке затухание сравнимо с затуханием тона, что приводит к уменьшению громкости. Изучение затухания волн — вместе с изменениями скорости волн — может дать ранее неизвестные подсказки о структуре LLSVP. Талавера-Соса добавляет, что наилучшие данные для этого получены из волн, генерируемых землетрясениями магнитудой 7,8 и выше.
Известно, что скорость волны и потеря энергии зависят от размера и температуры минеральных зерен, поэтому авторы использовали физическую модель, которая связывает сейсмологию и физику минералов. Волны затухают сильнее, когда сталкиваются с материалом, состоящим из более мелких зерен; если много зерен упакованы вместе, между зернами образуется больше границ, которые могут истощать энергию волны.
Другие исследования показали, что суперконтиненты располагались глубоко в мантии. Дайс говорит, что они были окружены «кладбищами» затонувших тектонических плит. Они были холоднее, чем LLSVP, поэтому сейсмические волны проходили через них быстрее. Однако новая модель показывает, что хотя сейсмические волны замедлялись, достигая LLSVP, они не теряли много энергии. Для сравнения, более холодные кладбища вокруг LLSVP показали значительное затухание.
Исследователи полагают, что эти различия обусловлены относительным возрастом структур. На протяжении миллионов лет, когда скальный материал проникает через границу между верхней и нижней мантией, минеральные кристаллы сжимаются и преобразуются в более мелкие зерна, которые затем снова вырастают с течением времени. Таким образом, более молодые регионы имеют более мелкие кристаллы, которые поглощают больше энергии сейсмических волн, поэтому степень затухания в регионе указывает на его возраст.
&ld;Тот факт, что LLSVP показывают очень малое затухание, означает, что они должны состоять из гораздо более крупных зерен, чем их окружение&rd;, объясняет Талавера-Соса. Согласно исследованию, более крупные минеральные зерна указывают на то, что суперконтиненты были значительно старше тектонических могил вокруг них, поскольку их зерна имели больше времени для роста. Более крупные строительные блоки также сделали бы суперконтиненты более жесткими, отделив их от конвекции мантии или перемещения материалов в этом слое посредством теплопередачи.
&ld;Наше исследование предполагает, что LLSVP являются долгоживущими объектами, им не менее полумиллиарда лет, а возможно, и больше&rd;, сказал Талавера-Соса. &rd;Это означает, что они действуют как якоря у основания границы ядра и мантии и пережили конвекцию мантии, что означает, что мантия не очень хорошо перемешана.&rd;
Открытие следует за другим недавним открытием более &ld;затопленных миров&rd;, которые противоречат идее смешанной мантии. Погребенные плиты в тектонических кладбищах, как правило, группируются в соответствии с зонами субдукции Земли — областями, где встречаются края двух плит и где одна скользит под другую. Но ранее в этом году другая группа ученых обнаружила затонувшие тектонические плиты далеко за пределами этих границ, в местах под внутренними частями континентов и под океанами, где затонувшие плиты никогда раньше не находили.
&ld;Такие зоны в мантии Земли, по-видимому, гораздо более распространены, чем считалось ранее,&rd; сказал Томас Схоутен, ведущий автор исследования и научный сотрудник Геологического института ETH Zurich, Швейцарского федерального технологического института.
Модель, представленная в новом исследовании, является первой трехмерной моделью затухания для всей мантии и поможет сейсмологам лучше понять, что находится в тысячах километров под поверхностью Земли, добавляет Клэр Ричардсон. &ld;Она показывает регионы Земли, которые затухают сейсмическую энергию, что в конечном итоге влияет на измерения, которые многие сейсмологи используют для понимания других физических и химических свойств недр Земли&rd; сказала она.
Арвен Дайс отмечает, что результаты могут изменить исследователей' понимание тектоники плит и того, как движение плит может быть сформировано этими древними неподвижными якорями вблизи ядра Земли. Дальнейший анализ суперконтинентов может также показать, являются ли они источником геохимических элементов, почти таких же старых, как сама Земля, которые обнаруживаются в лаве определенных типов вулканов, добавила она.
&ld;Эти LLSVP существуют уже давно — если они существуют миллиард лет, то они могут существовать и 4 миллиарда лет. «Они вполне могут быть скрытым резервуаром, который содержит эти изначальные химические элементы. Мы не можем доказать это сейчас, но геохимики могут это исследовать», — говорит Дайсс. «Я думаю, что это исследование приведет ко многим дополнительным исследованиям, которые могут ответить на многие оставшиеся без ответа вопросы, которые озадачивали ученых на протяжении столетий».
Свежие комментарии