Учені виявили шість таємничих областей у надрах Землі: що про них відомо

У глибинах Землі науковці виявили шість областей із незвичайною структурою, які раніше не були задокументовані. Вони залягають приблизно за 2900 км від поверхні, неподалік від межі мантії та ядра. Отримані результати також вказують, що деякі відомі утворення на такій глибині можуть охоплювати набагато більші території, ніж показували попередні дослідження.

Про це повідомило видання Science Alert.

Дістатися до нижньої частини мантії бурінням сучасні технології не дозволяють. Тому фактично одним із головних способів «зазирнути» всередину планети залишаються сейсмічні хвилі від землетрусів. Проходячи крізь різні шари Землі, вони змінюють швидкість і траєкторію, а аналіз цих змін допомагає науковцям визначати властивості речовини на величезній глибині.

У новому дослідженні команда аналізувала так звані попередники PKP — слабкі сейсмічні сигнали, що утворюються через взаємодію хвиль із невеликими неоднорідностями поблизу межі ядра та мантії. Зустрівши такі ділянки, хвилі розсіюються і продовжують поширюватися зміненими шляхами.

Частина цих сигналів доходить до поверхні раніше, ніж основна хвиля PKIKP. Саме ця особливість дозволяє використовувати їх як своєрідні маркери прихованих структур у найглибших частинах мантії.

Водночас працювати з попередниками PKP складно через їхню слабкість. Величезні масиви сейсмічних даних містять багато інших сигналів, тому раніше фахівцям значною мірою доводилося самостійно переглядати записи та відокремлювати потрібні хвилі.

Цього разу науковці залучили систему глибокого навчання, яка опрацювала понад два мільйони сейсмічних записів. Дані охоплювали майже 5000 землетрусів, зафіксованих у різних частинах світу від 1990 до 2024 року. Система спершу відбирала записи належної якості, після чого шукала серед них характерні попередники PKP.

При цьому дослідники не покладалися лише на результати алгоритму. Вони перевіряли відібрані ним сигнали, коригували помилки та повертали уточнені дані до системи для її подальшого навчання.

Такий підхід дозволив сформувати масив зі 174 929 високоякісних сигналів-попередників PKP. За даними авторів роботи, це більш ніж у десять разів перевищує загальну кількість подібних спостережень, зібраних у всіх попередніх дослідженнях.

Що приховує нижня частина мантії

Завдяки значно більшій кількості сейсмічних даних дослідники змогли побудувати комплексну глобальну карту неоднорідностей поблизу нижньої межі мантії.

Її аналіз змінив уявлення про масштаби деяких відомих структур. Утворення, які на старіших картах виглядали як розрізнені та хаотично розташовані ділянки, за новими даними можуть бути частинами значно протяжніших безперервних поясів.

Водночас команда виявила шість областей із ймовірними великими неоднорідностями, які раніше не фіксували під час таких досліджень. Особливу увагу науковців привернули райони під високими широтами Євразії, Центральною Азією та Південною Атлантикою. Саме їх розглядають як перспективні цілі для подальшого вивчення.

Поки що встановити точне походження виявлених структур неможливо. Одне з припущень полягає в тому, що вони можуть бути пов’язані з речовиною, яка протягом тривалого часу опускалася з поверхні планети до глибокої мантії внаслідок субдукції.

Попередні дослідження свідчили, що на таких глибинах можуть накопичуватися різні матеріали — від континентальної та океанічної кори й осадових порід до примітивної мантійної речовини.

Поблизу ядра ці матеріали потрапляють до середовища з надзвичайно високими температурою і тиском. Через це вони можуть частково плавитися, змінювати свою мінеральну структуру або зазнавати хімічного розділення. Такі процеси здатні утворювати зони, властивості яких помітно відрізняються від решти мантії.

Автори роботи припускають, що зафіксовані дрібномасштабні неоднорідності можуть бути так званими термохімічними купами. Їхнє виникнення потенційно може бути результатом одразу кількох процесів: накопичення залишків давніх плит, часткового плавлення речовини, мінеральних перетворень та взаємодії з великими провінціями з низькою швидкістю зсуву. Водночас це пояснення наразі залишається припущенням.

Що відкриття може розповісти про Землю

Вивчення структур біля межі мантії та ядра важливе не лише для розуміння того, що міститься на глибині майже 3000 км. Такі неоднорідності потенційно можуть бути пов’язані з переміщенням речовини всередині мантії та температурою магми під вулканічними районами й глибоководними океанічними хребтами.

Різні типи порід плавляться за різної температури, тому процеси у глибокій мантії можуть бути пов’язані з умовами формування магми та особливостями вулканічної активності.

Крім того, детальніша картина внутрішньої будови планети може допомогти науковцям краще зрозуміти процеси формування тектонічних плит, а також явища у глибинах Землі, здатні впливати на її магнітне поле.

Наразі шість виявлених областей визначили як пріоритетні для наступних досліджень. Для створення точніших карт учені пропонують поєднати сейсмічні дані вищої роздільної здатності з аналізом різних типів хвиль.

Подальше накопичення таких спостережень має дозволити докладніше відтворити будову найнижчої частини мантії та наблизити науковців до розуміння процесів, які відбуваються на тисячі кілометрів під поверхнею Землі.

Нагадаємо, раніше ми повідомляли, що гігантська китайська дамба «Три ущелини» зібрала настільки колосальну масу води, що цей вантаж фізично уповільнив обертання нашої планети та подовжив земну добу.