Таємниця структури земного ядра: що розкривають нові дослідження

Найвисокороздільніша карта геологічної будови Південної півкулі Землі показує те, про що ми раніше не знали: давнє дно океану, яке може огинати ядро.

Згідно з дослідженням, опублікованим у квітні, цей тонкий, але щільний шар існує на глибині близько 2 900 кілометрів (1 800 миль) під поверхнею. На цій глибині розплавлене металеве зовнішнє ядро зустрічається з кам’янистою мантією над ним. Це межа ядра і мантії (CMB).

“Сейсмічні дослідження, такі як наше, дають зображення внутрішньої структури нашої планети з найвищою роздільною здатністю, і ми виявили, що ця структура набагато складніша, ніж вважалося раніше”, – сказала геолог Саманта Хансен з Університету Алабами, коли було оголошено про результати дослідження.

Розуміння того, що саме знаходиться у нас під ногами – якомога детальніше – є життєво важливим для вивчення всього, від вивержень вулканів до варіацій магнітного поля Землі, яке захищає нас від сонячного випромінювання в космосі.

Сейсмічні хвилі від землетрусів у південній півкулі були використані для дослідження структури ULVZ вздовж кордону ядра і мантії Землі. (Едвард Гарнеро і Мінмін Лі / Університет штату Арізона)

Хансен та її колеги використовували 15 станцій моніторингу, похованих в льодах Антарктиди, для картографування сейсмічних хвиль від землетрусів протягом трьох років. Те, як ці хвилі рухаються і відбиваються, показує склад матеріалу всередині Землі. Оскільки звукові хвилі рухаються повільніше в цих областях, їх називають зонами наднизьких швидкостей (ЗНШ).

“Аналізуючи [тисячі] сейсмічних записів з Антарктиди, наш метод візуалізації з високою роздільною здатністю виявив тонкі аномальні зони матеріалу в КВМ скрізь, де ми проводили зондування”, – сказав геофізик Едвард Гарнеро (Edward Garnero) з Університету штату Арізона.

“Товщина матеріалу варіюється від кількох кілометрів до [десятків] кілометрів. Це свідчить про те, що ми бачимо гори в ядрі, подекуди в п’ять разів вищі за Еверест”.

На думку дослідників, ці ULVZ, швидше за все, є океанічною корою, похованою протягом мільйонів років.

Хоча затонула кора не знаходиться близько до визнаних зон субдукції на поверхні – зон, де рухомі тектонічні плити штовхають гірські породи вглиб Землі, – симуляції, представлені в дослідженні, показують, як конвекційні течії могли перемістити древнє дно океану до його нинішнього місця спочинку.

Рухи гірських порід у мантії (Хансен та ін., Science Advances, 2023)

Робити припущення про типи гірських порід та їхній рух на основі руху сейсмічних хвиль досить складно, і дослідники не виключають інших варіантів. Однак гіпотеза океанічного дна здається найбільш вірогідним поясненням цих УМЗ зараз.

Існує також припущення, що ця давня океанічна кора могла бути обгорнута навколо всього ядра, хоча, оскільки вона дуже тонка, важко знати напевно. Майбутні сейсмічні дослідження зможуть доповнити загальну картину.

Одне з напрямків, яким це відкриття може допомогти геологам, – це з’ясувати, як тепло з гарячого і щільнішого ядра витікає в мантію. Різниця у складі між цими двома шарами більша, ніж між твердою поверхневою породою і повітрям над нею в тій частині, де ми живемо.

“Наше дослідження встановлює важливі зв’язки між поверхневою і глибинною структурою Землі та загальними процесами, що рухають нашу планету”, – сказав Хансен.

Дослідження опубліковане в журналі Science Advances..