Ученые выявили структуру необычных образований на границе ядра и мантии

Первое подробное изображение необычного кармана горных пород на границе мантии с ядром Земли получили исследователи Кембриджского университета, Великобритания, 19 мая статья с результатами проведенного ими исследования опубликована в журнале Nature Communications.

В статье «Структура километрового масштаба на границе ядра и мантии у Гавайев» исследователи описывают новейшие методы численного моделирования, которые они применили, чтобы выявить эти структуры, и подробно раскрывают сложную внутреннюю изменчивость зоны сверхнизких скоростей, расположенной там.

Зонами сверхнизких скоростей называются локальные области на границе ядра и мантии, где замедляются сейсмические волны от землетрясений, когда они проходят через них.

Соавтор статьи, доктор Куангдай Ленга, разработавший эти методы в Оксфордском университете сказал: «Мы действительно расширяем границы современных высокопроизводительных вычислений для эластодинамического моделирования, используя преимущества волновой симметрии, которые раньше не замечались или не использовались».

Чтобы заглянуть под земную поверхность, ученые используют сейсмические волны от землетрясений — эхо и тени этих волн создают радарные изображения структуры недр земли. Однако ранее изображения этих глубоко расположенных структур на границе ядра и мантии — тех областей, которые представляют ключевой интерес для изучения внутреннего теплового потока нашей планеты — имели низкое разрешение, которое затрудняло их интерпретацию.

Моделирование позволило на порядок улучшить разрешение этих изображений. Исследуя полученные изображения зоны сверхнизких скоростей, расположенной почти прямо под Гавайскими островами, примерно в трех тысячах километров под поверхностью, ученые наблюдали 40-процентное снижение скорости сейсмических волн.

Авторы статьи считают, что это подтверждает высказанные ранее предположения о том, что в таких зонах содержится намного больше железа, чем в окружающих породах, поэтому они более плотные.

Руководитель проекта доктор Санне Коттаар из Кембриджского университета наук о Земле пояснила: «Вполне возможно, что этот богатый железом материал является остатком древних горных пород из ранней истории Земли или даже что железо может просачиваться из ядра неизвестным образом».

Опубликованное исследование может помочь понять, как формируются вулканические цепи, такие как Гавайские острова. Ученые предполагают связь между расположением вулканов с так называемыми горячими точками на Гавайях и Исландии, и зонами сверхнизких скоростей в основании мантии.

На следующем этапе своей работы исследователи планируют применить разработанные методы для повышения разрешения изображений других карманов на границе ядра и мантии и для картирования новых зон, надеясь в результате составить карту геологического ландшафта на границе ядра и мантии и выявить его связь с динамикой и эволюционной историей Земли.