Таинственные области в мантии Земли оказались не тем, чем их считали ученые

Согласно новому исследованию, вся лава, какая только есть на нашей планете, происходит «из одной бочки». Как оказалось, она вовсе не смесь разных минералов, замешанных в полном хаосе, а своего рода однородный коктейль.

100 супов из одного бульонного кубика

— геофизик Маттиас Смит, университет Британской Колумбии (Канада).

К такому мнению ученый пришел, изучив образцы лавы, взятые в разных точках планеты: в Исландии, на островах Самоа (южная часть Тихого океана) и Гавайях. До недавнего времени ученые, исходя из разнообразия микроэлементов в лавах, извергающих из горячих точек по всему миру, считали, что в мантии Земли существует множество отдельных несмешивающихся или очень медленно смешивающихся резервуаров.



Но последнее масштабное исследование с использованием компьютерных моделей и нейросетей показало, что это единый слой планеты. И он крайне эффективно перемешивается.

Получается, что все магмы одинаковые, когда начинают подниматься из нижней части мантии. Микроэлементные различия лава получает уже почти на выходе, в верхней части мантии.


— Смит.

На глубине все одинаково

Разумеется, у современной науки пока нет надежных способов заглянуть в нижнюю часть земной мантии. Но зато исследователи могут изучить химию лавы и по легким намекам понять, что с ней происходит на глубине. Смит и его коллеги проанализировали уровни концентрации трех химических элементов в магме: хрома, никеля и ниобия.

Оказалось, что элементы из периодической таблицы Менделеева ведут себя по-разному, меняясь по мере приближения расплава к поверхности. Никель склонен образовывать кристаллы, поэтому в жидкой части магмы его концентрация значительно уменьшается. Хром ведет себя примерно так же, однако изменяет свою концентрацию медленнее. Ниобий любит находиться в жидкой лаве.

Следовательно, если сравнить пропорции данных химических элементов, то можно понять, какие магмы претерпели значительные изменения, если сравнивать с изначальным источником, а какие сохранили больше признаков нижней мантии.

Исследование лав из вулканических очагов по всему миру выявило поразительное сходство в их химическом составе, особенно в тех лавах, которые претерпели минимальные изменения. Это наблюдение предполагает, что различия в лавах не связаны с разницей в их источниках, а скорее с метаморфозами, которые они претерпевают при прохождении через различные типы пород в верхней мантии и земной коре.


— Смит.

Надо думать проще

Ученые до сих пор не пришли к общему мнению, какой же состав у глубинной мантии. На границе мантии и ядра замечены таинственные структуры, которые у геофизиков называются большими провинциями с низкой скоростью сдвига (LLVPS). Эти области в глубине отличаются тем, что сейсмические волны, порожденные тектоническими толчками, проходят через них необъяснимо медленно.



По одной из гипотез, данные структуры могут являться остатками каких-то пород из космоса. В начале своего существования Земля столкнулась с Тейей, планетой размером с Марс, из-за чего в ее глубины проникло чужеродное вещество.



Другая теория говорит, что это может быть часть старой земной коры, которая была затянута вглубь Земли.

От LLVPS вверх идут мантийные шлейфы, которые заканчиваются наверху вулканическими выходами. Во всяком случае, так считалось до последнего времени. Но, может быть, новая гипотеза, которую предложил Маттиас Смит, все радикально упростит. Вполне вероятно, что вышеупомянутые загадочные структуры имеют такой же состав, что и вся остальная мантия. Единственное отличие — другая температура.


— Смит.