Под мантией дремлют два титана: их пробуждение сулит встречу с миром, стертым в огненном прошлом

В самых глубоких слоях планеты скрываются колоссальные структуры, которые десятилетиями оставались научной загадкой. Они настолько велики, что сопоставимы с континентами, и настолько древни, что их происхождение уходит к первому миллиону лет существования Земли. Новое исследование впервые связывает их с исчезнувшим океаном магмы. Об этом сообщает Nature Geoscience.

Что скрывают недра Земли: гиганты величиной с континенты

На глубине почти 2900 километров под поверхностью Земли располагаются две огромные аномальные зоны — LLSVP, или крупные провинции с низкой скоростью сдвига. Одна находится под Африкой, вторая — под акваторией Тихого океана. Эти структуры разрушают привычные модели строения мантии: они горячее, плотнее и химически отличаются от окружающих пород.

По данным сейсмической томографии, LLSVP влияют на прохождение волн землетрясений: скорость сигнала снижается заметно сильнее, чем в любой другой части нижней мантии. Размеры областей достигают тысяч километров в ширину и сотен километров в высоту, а их форма напоминает неровные башни или "мегаплатформы". На границах с ними обнаружены ультранизкоскоростные зоны ULVZ, где скорость сейсмических волн падает почти на 90%.

"Эти области отличаются по химии и температуре, но не укладываются в классические модели мантии", — говорится в анализе The Brighter Side of News.

На протяжении десятилетий геологи пытались объяснить феномен различием плотностей, погружением океанической коры, мантийными плюмами и другими механизмами. Однако ни одна теория не описывала одновременно форму, устойчивость и уникальные изотопные сигнатуры этих массивов.

Новая гипотеза: следы исчезнувшего океана магмы

Недавняя работа исследовательской группы Ёсинори Миядзаки и Цзе Дэна предлагает иное объяснение. Согласно новой модели, истоки LLSVP уходят в эпоху, когда Земля представляла собой раскалённый шар, окружённый колоссальным океаном магмы толщиной в сотни километров. В тот период ядро планеты не являлось химически изолированной зоной, как считалось раньше.

Когда расплавленное железное ядро начало остывать, лёгкие элементы — кислород, кремний и магний — начали отделяться от металлической фазы и подниматься в мантийный океан магмы. Это создало длительную вертикальную диффузию, которая изменила химический состав глубинного слоя планеты и сформировала базальтово-загрязнённый магматический океан.

В итоге на границе ядра и мантии появился гетерогенный слой, где образовывались плотные силикаты, такие как бриджманит. Эти скопления оказались тяжелее окружающих пород и постепенно формировали стабильные "острова" плотного материала. Со временем они слились в два гигантских суперплюма — будущие LLSVP.

"Эти структуры объединяют сейсмические данные и геодинамическое моделирование", — отмечает Миядзаки.

Моделирование показало, что новая гипотеза способна объяснить размеры и форму LLSVP, а также их долговременную устойчивость — возможно, им более 4 миллиардов лет.

Почему LLSVP уникальны: химический след древней планеты

Химический состав некоторых вулканических пород уже давно намекает на существование чрезвычайно древнего и неразмешанного резервуара глубоко под поверхностью. Базальты Гавайев, Исландии и некоторых океанических горячих точек содержат необычное сочетание изотопов: повышенные значения гелия-3, редкие вариации кремния и вольфрама-182.

Эти изотопы практически не встречаются в верхней мантии, что значит, что они должны подниматься из глубины через мантийные плюмы. Новая модель даёт механизм, объясняющий сохранность этих сигналов — они могут происходить из той самой гетерогенной зоны, сформированной древним океаном магмы и взаимодействием с ядром.

Исследование предполагает, что поток оксидов из ядра не только изменил состав мантии, но и зафиксировал следы лёгких элементов, которые могли сохранить первозданный химический отпечаток ранней Земли. Эти компоненты втягивались в плюмы и переносились на поверхность, где фиксируются в породах.

Как LLSVP влияют на современную Землю

LLSVP не являются пассивными структурами. Они оказывают значительное влияние на динамику мантии и вулканизм. Считается, что многие мощные мантийные плюмы — включая Гавайский и Исландский — могут подниматься именно с границ этих массивов.

Такие "суперплатформы" действуют как фундаментальные элементы глубинной тектоники, влияя на распределение тепла, химии и движения мантии. Локальные ULVZ на их границах могут быть частично расплавленными областями или зонами с необычным составом, что объясняет резкие контрасты в скорости волн.

Если модель BECMO подтверждается, то LLSVP — это не просто плотные области мантии, а окаменевший след древнего мира, который существовал до современного облика планеты.

Советы шаг за шагом: как учёные исследуют глубины Земли

1. Анализируют сейсмические волны от землетрясений, чтобы выявлять аномалии скорости.

2. Сравнивают данные томографии с моделями конвекции мантии.

3. Используют химические сигнатуры вулканических пород для реконструкции процессов в глубине.

Популярные вопросы о глубинной мантии Земли

Почему LLSVP такие большие?

Их размер объясняется тем, что они формировались как плотные фрагменты магматического океана, которые сливались и уплотнялись миллиарды лет.

Как мы можем "видеть" эти структуры?

Сейсмические волны меняют скорость в зависимости от состава и температуры. По их искажению учёные восстанавливают карту недр.

Значит ли это, что кора и мантия сформировались иначе, чем считалось?

Возможно. Новая модель подразумевает, что ранняя Земля была более динамичной и химически активной на границе ядра и мантии.