Загадка ядра Землі: два гігантські «згустки» виявилися «відбитками» ранньої історії планети

Однією з найдивніших загадок нашої планети є існування двох щільних, гігантських аномалій, що незрозуміло як скупчилися над ядром Землі — так званих великих областей із низькою швидкістю зсуву (LLSVPs). Нові моделі, розроблені вченими, розкривають їхнє походження: частина матеріалу могла витекти із ядра в мантію, коли Земля тільки формувалася.

Про це пише Science Alert з посиланням на дослідження геодинаміка Йошинорі Міядзакі з Університету Рутгерса, опубліковане у Nature Geoscience.

Що таке гігантські «згустки» Землі та чому вони важливі

Два гігантські LLSVPs були виявлені у 1980-х роках за допомогою сейсмічних даних, зібраних під час землетрусів. Ці великі регіони розташовані у найнижчій частині мантії Землі: один під Африкою, а інший — під Тихим океаном. Вони простягаються вгору від межі ядра-мантії, що розташована приблизно на 2900 кілометрів нижче поверхні планети.

Сейсмічні хвилі проходять крізь ці ділянки з помітною млявістю, що свідчить про їхню відмінну, більш щільну структуру порівняно з навколишнім матеріалом.

Вчені раніше пропонували різні пояснення їхнього походження, включаючи залишки старих тектонічних плит, які опустилися донизу, частину океану магми, що охолоджувався, або навіть шматки гігантського об’єкта Теї, який зіткнувся із Землею, щоб утворити Місяць.

Ці «згустки» є не просто геологічною цікавинкою. Зокрема, африканська аномалія пов’язана з ослабленням магнітного поля Землі над Атлантичним океаном. Деякі вчені вважають, що ці структури також відіграли важливу роль у формуванні тектонічних плит — процесу, життєво важливого для живої природи Землі.

«Це не випадкові дивацтва. Це відбитки найдавнішої історії Землі. Якщо ми зможемо зрозуміти, чому вони існують, ми зможемо зрозуміти, як сформувалася наша планета і чому вона стала придатною для життя,» — зазначає геодинамік Йошинорі Міядзакі.

Нова модель: «просочування» з ядра як секретний інгредієнт

Однією з найбільш правдоподібних раніше вважалася теорія магматичного океану, згідно з якою одразу після формування Земля була розплавленою кулею, вкритою океаном магми. Коли океан охолоджувався, важчі матеріали відокремлювалися і опускалися вниз.

Проте, як пояснює Міядзакі, ця теорія мала протиріччя. Щоб вона була правильною, шар над межею ядра-мантії мав би складатися зі значної кількості мінералу феропериклазу. Натомість сейсмічні дані вказують на набагато нижчий вміст феропериклазу, а сама форма і скупчення LLSVPs та пов’язаних із ними зон ультранизької швидкості (ULVZs) суперечили цій «ідеальній» моделі.

«Це протиріччя було відправною точкою. Якщо ми почнемо з магматичного океану і зробимо розрахунки, ми не отримаємо того, що бачимо сьогодні в мантії Землі. Чогось не вистачало,» — пояснює Міядзакі.

Дослідники провели моделювання, щоб імітувати охолодження основних інгредієнтів Землі, але додавши матеріал, що просочувався з ядра. Це й відкрило «секретний інгредієнт».

Оскільки ядро охолоджується і стискається під тиском, легші компоненти, такі як оксид магнію та діоксид кремнію, кристалізуються швидше, ніж залізо в суміші. Ці компоненти «вичавлюються» та «просочуються» через межу ядра-мантії у магматичний океан, де вони розчиняються.

Цей доданий матеріал змінює хімічний склад магми таким чином, що сприяє утворенню багатих на силікати мінералів бріджманіту та сейфертиту, які потім домінують у нижньому шарі мантії, тоді як рівень феропериклазу залишається низьким. Ці структури можуть зберігатися протягом усіх 4,5 мільярдів років існування Землі, поступово збираючись у скупчення, які вчені бачать у сейсмічних даних сьогодні.

Нагадаємо, міжзоряні об’єкти постійно проходять через Сонячну систему, становлячи потенційну загрозу. А нове моделювання показало, що найнебезпечнішими є повільні тіла з певних ділянок Галактики, які можуть зіткнутись із Землею.