«Затонулі світи» під Тихим океаном: що насправді приховує мантія Землі

Багато хто уявляє надра Землі як акуратно складений «листковий пиріг»: кора, мантія, ядро — і все це розділено чіткими межами. Насправді ж внутрішня будова планети значно складніша. Нові дослідження показують, що глибоко під Тихим океаном можуть існувати великі «острівці» матеріалу — своєрідні затонулі світи, про які раніше навіть не здогадувалися.

Ці відкриття змушують учених переосмислити те, як рухаються тектонічні плити та як еволюціонувала Земля протягом мільярдів років.

Що таке мантія і чому вона така важлива?

Мантія — це товстий шар порід між земною корою та ядром. Вона простягається приблизно на 2900 кілометрів углиб і становить близько 84% об’єму планети. Основу мантії складають силікатні мінерали, багаті на залізо й магній.

Попри те що мантія здебільшого тверда, у геологічних масштабах часу вона поводиться як дуже в’язка рідина. Саме її повільна циркуляція — конвекційні потоки — рухає тектонічні плити, спричиняючи землетруси, вулканізм і дрейф континентів.

Традиційно вчені вважали, що залишки занурених плит накопичуються лише в зонах субдукції — там, де одна плита «пірнає» під іншу. Але нові дані ставлять це під сумнів.

Новий погляд у глибини Землі

Дослідження очолила команда за участі аспіранта Томаса Шутена з ETH Zurich у співпраці з фахівцями з California Institute of Technology. Результати опубліковано в журналі Scientific Reports.

Вчені використали високоточний метод, відомий як full-waveform inversion — інверсія повної хвильової форми. На відміну від традиційних підходів, які аналізують лише окремі типи сейсмічних хвиль, цей метод враховує всі сигнали, що виникають під час землетрусів.

Сейсмічні хвилі, проходячи крізь Землю, змінюють швидкість залежно від щільності та жорсткості порід. Аналізуючи ці зміни, дослідники можуть «просвітити» надра планети — подібно до того, як медики використовують МРТ для дослідження тіла людини.

Неочікувані «аномалії» в нижній мантії

Після застосування нового методу до нижньої мантії дослідники виявили великі зони з аномальними властивостями. За формою вони нагадують фрагменти стародавніх тектонічних плит.

Найбільший подив викликала область під західною частиною Тихого океану. Згідно з сучасними реконструкціями руху плит, там не повинно бути жодних залишків субдукції. Проте дані свідчать про наявність масивних структур у глибинах.

За словами Шутена, такі зони виявилися значно поширенішими, ніж вважалося раніше.

Що це може бути?

Поки що дослідники не можуть точно сказати, з чого складаються ці структури. Існує кілька гіпотез:

• це можуть бути дуже давні, багаті на кремній ділянки мантії, що залишилися з ранніх етапів формування планети;
• це можуть бути скупчення матеріалу, багатого на залізо, які переміщувалися протягом мільярдів років;
• або ж це справді фрагменти стародавніх океанічних плит, які опинилися там у спосіб, що не вписується в нинішні моделі.

Нова модель показує, що склад мантії може бути набагато різноманітнішим, ніж передбачалося раніше.

Чому це важливо для теорії тектоніки плит?

Якщо ці «затонулі світи» підтвердяться, доведеться переглянути уявлення про циркуляцію тепла в надрах Землі. Подібні структури можуть впливати на формування мантійних плюмів — гарячих потоків, що живлять вулкани.

Це також означає, що фрагменти плит можуть мігрувати й трансформуватися складніше, ніж ми думали. Історія тектоніки плит може отримати нові розділи.

Пошук триває

Метод інверсії повної хвильової форми дає детальну картину швидкостей поширення хвиль, але не дозволяє безпосередньо визначити хімічний склад. Тому вчені планують поєднати сейсмічні дані з результатами експериментів із мінеральної фізики та електромагнітними вимірюваннями.

Майбутні дослідження з використанням потужніших суперкомп’ютерів можуть дати ще чіткіші «знімки» нижньої мантії.

Земля складніша, ніж здається

Відкриття під Тихим океаном нагадує: навіть у XXI столітті ми не до кінця розуміємо власну планету. Під нашими ногами можуть ховатися структури, що зберігають пам’ять про давні геологічні епохи. І, як показує ця робота, щоб побачити повну картину, іноді потрібно подивитися глибше — і ширше — ніж дозволяють усталені уявлення.