Гавайские глубины

Мантия Земли, простирающаяся до глубины примерно в три тысячи километров (половины земного радиуса), состоит из силикатных горных пород, горячих, вязких и медленно текущих. Эта внутренняя конвекция переносит тепло к поверхности планеты, заставляет двигаться тектонические плиты и питает извержения вулканов.

Для зондирования мантии геофизики обычно используют сейсмические волны землетрясений. Они выявляют глубинную топографию внутренних границ. Однако до сегодняшнего дня изображения структур на границе мантии и ядра, наиболее интересной с точки зрения теплового потока планеты, получались нечеткими и размытыми.

Аспирант факультета наук о Земле Ли Жи (Zhi Li) в Кембриджском университете и его коллеги под руководством доктора Санне Коттаар (Sanne Cottaar) стали первыми, кому удалось получить детальное изображение одного из участков границы, причем необычного участка. Он расположен почти точно под гавайскими островами. Оказалось, это одна из нескольких зон ультранизких волновых скоростей сейсмических волн. 

Исследователи использовали численное моделирование, которое описывало поведение сейсмических волн в земной коре. Это дало возможность рассмотреть границу с километровым разрешением. Интересно, что у границы волны снижали скорость почти вдвое, на 40%. Исследователи считают, что это происходит из-за повышенного содержания железа вдоль границы. Эта область более плотная и вязкая. Доктор Коттаар предполагает, что участок границы может состоять из остаточных пород древней Земли или из просочившегося из ядра железа. 

Новое исследование помогает понять, как появились вулканические цепи островов гавайского типа. Оказалось, что между горячими точками вулканических островов включая Гавайи и Исландию, и зонами у глубинных границ, где сейсмические волны замедляются, существует прямая корреляция. Эти зоны и есть корни, питающие гавайский или исландский вулканизм.

Интересно, что у базальтов, извергающихся на Гавайских островах, аномальный изотопный состав. Он указывает либо на их древнее происхождение, либо на их утечку из ядра. Вот почему доктор Коттаар считает, что вещество границы мантия-ядро достигает поверхности.  

Геофизики намерены провести дополнительные исследования, чтобы понять, все ли горячие пятна на поверхности соответствуют глубинным областям плотных пород с высоким содержанием железа. Но здесь соавтором выступает природа, она ставит эксперимент — землетрясения, а ученые, используя поля сейсмометров, изучают отклики сейсмических волн в глубинах нашей планеты 

В планах ученых создать глобальную карту мантийной границы и объяснить механизм ее формирования. Так, шаг за шагом, мы приходим к пониманию, что глубины нашей планеты так же изменчивы, как и ее поверхность.

Nature Communications 13, 1, 2022 - полный текст