Гравітаційне тяжіння – це константа на Землі, але наша планета не є однорідною сферою. Вона вкрита грудочками та нерівностями, з геологічними породами різної щільності, що смикають сусідні маси з ледь помітною різницею в силі, утворюючи хвилясту карту, відому як геоїд.
Глибоко під Індійським океаном це тяжіння слабшає до екстремально низького рівня, залишаючи те, що вважається величезною гравітаційною “дірою” розміром близько трьох мільйонів квадратних кілометрів приблизно там, де морське дно занурюється у величезну западину.
Це одна з найглибших гравітаційних аномалій на Землі, на її наявність натякали вже давно. Дослідження з кораблів та супутникові вимірювання давно виявили, що рівень моря біля краю Індійського субконтиненту знизився через гравітаційне перетягування канату між влучно названим геоїдним мінімумом Індійського океану та навколишніми гравітаційними “максимумами”.
Що саме спричинило це відносне послаблення, ніколи не було зрозумілим. Тепер двоє дослідників з Індійського інституту науки вважають, що вони мають краще уявлення про те, які планетарні явища можуть бути до цього причетні.
“Всі ці [минулі] дослідження розглядали сьогоднішню аномалію і не були стурбовані тим, як цей геоїдний мінімум з’явився”, – пояснюють геологи Дебанджан Пал і Аттрії Гош у своїй опублікованій статті, яка описує їхню нову робочу гіпотезу.
Вони вважають, що відповідь лежить на глибині понад 1000 кілометрів під земною корою, де холодні, щільні залишки стародавнього океану занурилися в “кладовище плит” під Африкою близько 30 мільйонів років тому, збуривши розпечену розплавлену породу.
Але їхні результати, засновані на комп’ютерних моделях, навряд чи зможуть вирішити палкі суперечки про походження геоїдного мінімуму – принаймні, доки не буде зібрано більше даних.
У 2018 році корабель з науковцями з Національного центру полярних і океанічних досліджень Індії вирушив, щоб розгорнути низку сейсмометрів уздовж морського дна зони деформації, щоб скласти карту цієї території.
Через велику віддаленість від берега в цьому районі раніше було зібрано мало сейсмічних даних. Результати дослідження 2018 року вказали на наявність гарячих шлейфів розплавленої породи, що піднімаються з-під дна Індійського океану і якимось чином сприяють утворенню великої вм’ятини.
Але для реконструкції низького геоїда на ранніх стадіях його формування потрібен був більш широкий погляд. Тому Пал і Гош простежили формування масивного геоїда, змоделювавши, як тектонічні плити прослизали над гарячою, липкою мантією Землі протягом останніх 140 мільйонів років.
У той час Індійська тектонічна плита тільки починала відриватися від суперконтиненту Гондвани, щоб почати свій похід на північ. У міру просування Індійської плити дно стародавнього океану, що називався морем Тетис, занурилося в мантію Землі, і за ним відкрився Індійський океан.
Пал і Гош провели симуляції, використовуючи більше десятка комп’ютерних моделей руху плит і мантії, порівнюючи форму океанічного мінімуму, передбачену цими моделями, зі спостереженнями самої вм’ятини.
Моделі, які відтворювали геоїдний жолоб в Індійському океані в його нинішньому вигляді, мали одну спільну рису: шлейфи гарячої магми низької густини, що піднімаються вгору під жолобом. Ці шлейфи, на додаток до особливої структури мантії, і створили геоїдний прогин; якщо вони піднімуться досить високо, припускають Пал і Гош.
“Коротше кажучи, наші результати свідчать про те, що для того, щоб відповідати [формі та амплітуді] спостережуваного геоїдного мінімуму, шлейфи повинні бути достатньо плавучими, щоб піднятися до середніх глибин мантії”, – пишуть автори.
Перший з цих шлейфів з’явився близько 20 мільйонів років тому, на південь від геоїдного мінімуму в Індійському океані, і приблизно через 10 мільйонів років після того, як старе море Тетис занурилося в нижню мантію. У міру того, як шлейфи поширювалися під літосферою і наближалися до Індійського півострова, мінімум посилювався.
Враховуючи, що їхні результати узгоджуються з елементами попередньої роботи Гоша з моделювання 2017 року, дует припускає, що показові шлейфи були виштовхнуті вгору після того, як морське дно Тетиса занурилося в нижню мантію, порушивши славнозвісну “африканську пляму”.
Однак деякі дослідники, які не брали участі в роботі, не переконані в цьому, повідомляючи New Scientist, що поки що немає чітких сейсмографічних доказів того, що змодельовані шлейфи дійсно присутні під Індійським океаном.
Такі дані можуть незабаром з’явитися, і поспішати не варто – очікується, що низький рівень геоїда протримається ще багато мільйонів років.
Дослідження було опубліковано в Geophysical Research Letters..