Сеизмолозите отдавна знаят, че сеизмичните вълни, генерирани от земетресения, не преминават през всички части на вътрешността на Земята с еднаква скорост. Това е позволило на изследователите да визуализират вътрешността на нашата планета, дори на дълбочини, недостъпни за хора, използвайки техники, подобни на компютърната томография за медицински изображения.
Дълбоко в мантията (слоят между ядрото на Земята и доминираната от силициев диоксид кора) има огромни области под Тихия океан и Африканския континент, където сеизмичните вълни се движат много по-бавно от средното. Тези така наречени големи провинции с ниска скорост (LLVP) са по-големи от континентите, достигат до 900 километра височина и хиляди километри ширина.
ОЩЕ: Погребани континенти: Древни мегаострови са открити дълбоко под земната повърхност
Една често срещана хипотеза е, че LLVP са съставени от океанска кора, която е била избутана в мантията в зоните на субдукция. След това този материал от земната кора се разбърква през мантията в продължение на милиони години и се натрупва, за да образува LLVP.
Изследователите обикновено приемат, че и двата LLVP са подобни по природа, напр. химичен състав и възраст, тъй като сеизмичните вълни преминават през тях по подобни начини. Но ново изследване, публикувано в Scientific Reports, оспорва тази гледна точка чрез моделиране на формирането на LLVP във времето.
Схематична диаграма, показваща предполагаемите механизми, които са поддържали тихоокеанската (вляво) и африканската (вдясно) LLVP през последните 300 милиона години. Dr. Paula Koelemeijer
Подобни по температура, различни по състав
Чрез комбиниране на модел на мантийна конвекция, включително реконструкция на това как тектонските плочи са се движили по повърхността на Земята през последните милиарди години, изследването успяло да покаже, че африканската LLVP се състои от по-стар и по-добре смесен материал от тихоокеанската LLVP, който съдържа 50% повече и по-млада субдуцирана океанска кора (и следователно е по-различна от околната мантия). Получените разлики в плътността също биха могли да обяснят защо африканската LLVP е по-дифузна и по-висока от своя тихоокеански аналог.
ОЩЕ: Земната кора се отлепва под Калифорния
„Тъй като числените симулации не са перфектни, ние изпълнихме множество модели. Всеки път откривахме, че тихоокеанската LLVP е обогатена с субдуцирана океанска кора, което предполага, че скорошната история на субдукция на Земята е причина за тази разлика“, казва д-р Джеймс Пантън от университета в Кардиф, водещ автор на изследването.
Моделите на изследването показват също, че тихоокеанската LLVP постоянно се допълва от пресен материал от океанската кора отпреди 300 милиона години, тъй като е заобиколена на повърхността от кръг от зони на субдукция, известен като Тихоокеанския огнен пръстен. За разлика от това, африканската LLVP не получава нов материал със същата скорост и материалът се е смесил повече с околната мантия, намалявайки плътността му.
ОЩЕ: Голям фрагмент от Индийската плоча е заседнал под Тибетското плато
Досега тези разлики били пренебрегвани, тъй като температурата е доминиращият контрол върху това колко бързо сеизмичните вълни се движат през даден материал. Моделите, представени в това изследване, показват, че и двата LLVP всъщност имат една и съща температура, което обяснява защо изглеждат подобни от сеизмична гледна точка. Това подчертава значението на комбинирането на различни научни дисциплини, за да се проучи отблизо вътрешното функциониране на нашата планета.
Тихоокеанският огнен пръстен. Gringer / Public Domain
„Фактът, че тези два LLVP се различават по състав, но не и по температура, е ключов за историята и обяснява защо те изглеждат еднакви сеизмично. Също така е интересно да се видят връзките между движението на плочите на земната повърхност и структурите на дълбочина 3000 км в нашата планета“, казва д-р Паула Коелмайер от Оксфордския университет, съавтор на изследването.
Заплаха за магнитното поле
Високата температура на LLVP и тяхното местоположение в дълбоката мантия от всяка страна на планетата означава, че те влияят на това как топлината се извлича от ядрото на Земята. Това оказва влияние върху конвекцията във външното ядро – процес, който задвижва магнитното поле и ни предпазва от вредните космически лъчи.
ОЩЕ: Гигантски структури с неизвестен произход са открити в земната мантия
Ако африканската и тихоокеанската LLVP са различни, топлината може вече да не се извлича симетрично, което може да доведе до нестабилност на магнитното поле. Затова е важно да се разбере структурата на LLVP и как те влияят на извличането на топлина от сърцевината. Сега учените трябва да отчетат тази асиметрия в плътността на мантията в своите модели на дълбините на Земята. Това представлява предизвикателство за наблюденията, тъй като данните, които се използват, често предоставят информация само за симетрични структури на Земята.
„Сега трябва да потърсим данни, които могат да ограничат предложената асиметрия в плътността, например с помощта на наблюдения на гравитационното поле на Земята“, казва д-р Коелмайер.
