Планета подала сигнал бедствия: спутники поймали странный гравитационный всплеск из недр Земли

На глубине почти 2900 километров под поверхностью Земли — там, где твёрдая мантия соприкасается с жидким железным ядром, — произошло нечто, что изменило гравитационное поле планеты. Это событие не имело видимых последствий на поверхности, но его след был чётко зафиксирован спутниками на орбите.

Геофизики называют это открытие прорывом: впервые удалось напрямую наблюдать динамические процессы в самом основании мантии, происходящие за годы, а не за геологические эпохи. Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.

Когда гравитация дрогнула

Аномалия была обнаружена в ходе анализа данных миссии GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) — совместного проекта NASA и Германского космического центра, работавшего с 2002 по 2017 год. Два спутника GRACE летели один за другим на фиксированном расстоянии. Малейшие изменения гравитационного поля Земли изменяли дистанцию между ними — на доли миллиметра, что позволяло регистрировать перераспределение масс с беспрецедентной точностью.

Изначально GRACE был предназначен для изучения глобального водного баланса - мониторинга таяния ледников и колебаний уровня подземных вод. Но чувствительность прибора оказалась настолько высокой, что команда решила заглянуть глубже — в недра самой планеты.

"Мы знали, что GRACE способен уловить гораздо более фундаментальные изменения, чем просто передвижение воды или льда", — пояснила геофизик Изабель Панет из Университета Гюстава Эйфеля.

Сигнал из-под Атлантики

В 2007 году спутники зафиксировали странный гравитационный сигнал — чёткий, устойчивый, идущий из-под Атлантического океана, у побережья Африки. Его невозможно было объяснить поверхностными явлениями вроде океанических течений или движения плит.

Расчёты показали: источник находится на границе нижней мантии и внешнего ядра, на глубине около 2900 километров. Это означало, что на таких глубинах произошло внезапное перераспределение масс, заметное даже с орбиты.

Почти одновременно, в том же регионе и в тот же период, спутники, измеряющие магнитное поле Земли, зарегистрировали необычное возмущение. Совпадение не могло быть случайным — вероятно, речь шла о двух проявлениях одного и того же процесса.

Что могло произойти в недрах планеты

Исследователи предложили смелую гипотезу. Они считают, что в породах основания мантии — в зоне, состоящей из плотных минералов, таких как перовскит и ферропериклаз, — произошёл фазовый переход.

Под колоссальным давлением атомная решётка перовскита сжалась, образовав более плотную форму вещества. Это вызвало локальное увеличение массы и плотности горных пород в этой области.

Такое изменение, пусть и микроскопическое по человеческим меркам, способно вызвать цепную реакцию: соседние слои деформируются, рельеф границы мантия-ядро смещается на несколько сантиметров, а это, в свою очередь, влияет на движение расплавленного железа во внешнем ядре.

"Это внутреннее событие, оно не могло быть вызвано ни водой, ни движением плит. Оно должно исходить из очень глубинных недр", — подчеркнула Панет.

От гравитации к магнитному полю

Если граница мантия-ядро действительно сместилась, пусть даже всего на 10 сантиметров, это вполне достаточно, чтобы изменить направление конвекционных потоков расплавленного железа, генерирующих магнитное поле Земли.

Такое кратковременное возмущение могло объяснить и аномалию магнитного поля, зарегистрированную в том же году. Подобные совпадения дают учёным редкую возможность связать физические процессы в ядре с их внешними проявлениями.

"Впервые у нас есть убедительные доказательства динамических процессов в основании мантии, происходящих в достаточно быстрых временных масштабах, чтобы мы могли наблюдать их прямо сейчас", — отметила сейсмолог Барбара Романович из Калифорнийского университета в Беркли.

Почему это открытие важно

До сих пор считалось, что изменения в глубинах планеты происходят слишком медленно, чтобы их можно было зафиксировать в реальном времени. Но данные GRACE показали обратное: глубинные процессы могут быть не только постепенными, но и динамичными.

Это открытие важно не только для понимания внутренней структуры Земли, но и для:

• объяснения природы магнитного поля, защищающего планету от космического излучения;

• уточнения механизмов образования землетрясений и горячих точек;

• моделирования теплового обмена между ядром и мантией.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: считать, что гравитационные аномалии отражают лишь поверхностные процессы.
  Последствие: упускаются глубинные источники изменений.
  Альтернатива: использовать спутниковые миссии для мониторинга сигналов из недр.

• Ошибка: игнорировать связь между гравитацией и магнитным полем.
  Последствие: потеря комплексного понимания динамики ядра.
  Альтернатива: объединение данных GRACE и магнитных миссий (Swarm, CHAMP).

• Ошибка: рассматривать мантию как статичную структуру.
  Последствие: недооценка её влияния на эволюцию планеты.
  Альтернатива: изучение фазовых переходов минералов в экстремальных условиях.

Что дальше

После 2007 года подобных сигналов спутники не фиксировали. Однако исследование продолжается: данные новой миссии GRACE-FO, запущенной в 2018 году, позволяют отслеживать изменения с ещё большей точностью. Учёные надеются, что дальнейшие наблюдения помогут подтвердить гипотезу о фазовом переходе в основании мантии.

"Даже если подобные события редки, само их существование — огромное открытие. Это значит, что планета живёт не только на поверхности, но и в своих глубинах", — говорит Шарлотта Гон Гурантон, руководитель исследования из Городского университета Парижа.

Плюсы и минусы гипотезы

Исторический контекст

Идея о том, что мантия не просто пассивный слой, а динамическая система, возникла ещё в середине XX века. Но только благодаря спутниковым данным XXI века учёные впервые получили прямые свидетельства "живых" процессов на границе мантии и ядра.

Теперь исследователи уверены: даже на глубине почти трёх тысяч километров Земля остаётся подвижной, и её внутренние изменения продолжают формировать наш мир — от полюсов до магнитного щита, защищающего всё живое.