Древнее дно океана под Землей, вероятно, окружает ядро
Ученые из Университета Алабамы с помощью сейсмического изображения недр Земли в глобальном масштабе выявили слой между ядром и мантией, который, вероятно, представляет собой плотное, но тонкое затонувшее дно океана. Результаты из исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Последние данные свидетельствуют о том, что этот слой древнего океанского дна, который ранее наблюдался только в отдельных участках, может покрывать границу между ядром и мантией. Погружённая под землю давным-давно, когда земные плиты сдвинулись, эта зона сверхнизких скоростей, или ULVZ, более плотная, чем остальная часть глубокой мантии, замедляя сейсмические волны, отражающиеся под поверхностью.
«Сейсмические исследования, такие как наши, обеспечивают изображение внутренней структуры нашей планеты с самым высоким разрешением, и мы обнаруживаем, что эта структура намного сложнее, чем считалось раньше. Наше исследование устанавливает важные связи между мелкой и глубокой структурой Земли и общими процессами, управляющими нашей планетой», — сказала ведущий автор исследования доктор Саманта Хансен.
Эти малозаметные сигналы использовались для картирования переменного слоя материала в исследуемой области, толщина которого составляет десятки километров по сравнению с толщиной доминирующих слоев Земли. Свойства аномального граничного покрытия ядро-мантия включают сильное снижение скорости волны, что привело к названию зоны сверхнизких скоростей.
ULVZ можно хорошо объяснить бывшим океаническим морским дном, опустившимся до границы ядра и мантии. Океанический материал переносится внутрь планеты, где встречаются две тектонические плиты и одна погружается под другую, известные как зоны субдукции. Скопления субдуцированного океанического материала собираются вдоль границы ядра и мантии и выталкиваются медленно текущими породами в мантии в течение геологического времени. Распространение и изменчивость такого материала объясняет диапазон наблюдаемых свойств УЛВЗ.
ULVZ можно рассматривать как горы вдоль границы ядра и мантии с высотой от менее 3 миль до более 25 миль.
«Проанализировав тысячи сейсмических записей из Антарктиды, наш метод визуализации с высоким разрешением обнаружил тонкие аномальные зоны материала в реликтовом излучении везде, где мы исследовали», — сказал один из авторов исследования Эдвард Гарнеро. «Толщина материала варьируется от нескольких километров до десятков километров. Это говорит о том, что мы видим горы в ядре, в некоторых местах в 5 раз превышающие высоту горы Эверест».
Эти подземные «горы» могут играть важную роль в утечке тепла из ядра, той части планеты, которая питает магнитное поле. Материал со дна древнего океана также может попасть в мантийные шлейфы или горячие точки, которые возвращаются на поверхность в результате извержений вулканов.
Примерно на глубине 2000 миль под поверхностью скалистая мантия Земли встречается с расплавленным металлическим внешним ядром. Изменения физических свойств на этой границе больше, чем между твердой породой на поверхности и воздухом над ней.
Понять состав границы ядра и мантии в больших масштабах сложно, но сейсмическая сеть, развернутая Хансен, ее учениками и другими во время четырех поездок в Антарктиду, собирала данные за три года. Подобно медицинскому сканированию тела, 15 станций сети, расположенных в Антарктиде, использовали сейсмические волны, создаваемые землетрясениями со всего мира, для создания изображения Земли внизу.
Проект впервые смог исследовать с высоким разрешением большую часть южного полушария, используя подробный метод, который исследует эхо-сигналы звуковых волн от границы ядра и мантии. Хансен и международная команда обнаружили в сейсмических данных неожиданную энергию, которая приходит в течение нескольких секунд после волны, отраженной от границы.