Ядро Земли покрывают теплоизолирующие «заплатки», обнаружили геофизики
Благодаря современной сейсмической томографии геофизики обнаружили над границей ядра и мантии Земли, примерно в 2 900 километрах под нашими ногами, слой толщиной около 300 километров. Он отличается необычайной структурной сложностью и неоднородностью состава, а особый научный интерес вызывают зоны сверхнизких скоростей (ULVZ).
Шириной не более сотен километров и высотой в десятки километров, они напоминают небольшие «заплатки», пришитые снизу к мантии. И хотя размеры у них весьма скромные, характеристики — такие как плотность и, как следствие, скорость сейсмических волн — аномально сильно отличаются от окружающих пород.
Обладая столь неординарными свойствами, эти сравнительно небольшие структуры тем не менее способны влиять на региональную термохимическую эволюцию, энергетический баланс и даже на функционирование магнитного поля Земли. То, каким именно образом они это делают, на протяжении долгого времени оставалось одной из нерешенных загадок о глубоких недрах нашей планеты.
Разобраться в природе «заплаток» помогли эксперименты, которые провели в Национальном университете Тайваня под руководством профессора Се Вэнь-Пиня. Их результаты и выводы опубликованы в Nature Communications.
Предметом изучения геофизиков стал богатый железом магнезиовюстит — минерал, который, скорее всего, преобладает в составе ULVZ. Его сжимали алмазными наковальнями до экстремальных давлений и с помощью сверхбыстрой оптической спектроскопии измеряли теплопроводность.
Она оказалась неожиданно низкой — намного меньше, чем у окружающих мантийных пород. Моделирование на основе полученных данных показало, что уникальные свойства ULVZ — низкая скорость волн, высокая температура и повышенная плотность — заставляют их вести себя подобно локальным теплоизолирующим покрывалам под мантией.
Эти структуры могут существенно затруднять перенос тепла от ядра к мантии, изменяя пространственно-временное распределение теплового потока. В некоторых областях они могут даже вызывать локальное термическое расслоение в верхней части ядра. Подобные эффекты имеют глубокие последствия для термохимической эволюции по обе стороны границы ядра и мантии, а также для энергетического баланса, питающего геодинамо, что, в свою очередь, влияет на полярность и эволюцию магнитного поля Земли.
«Эти результаты — значительный шаг вперед в нашем понимании процессов теплопереноса и геодинамики в глубоких недрах Земли. Они открывают путь к разгадке протекающей там сложной термохимической и динамической эволюции. Разумеется, мы все еще знаем об этом совсем мало, и нам предстоит много работать, чтобы лучше понять внутреннее устройство и историю нашей прекрасной планеты», — подытожил профессор.
