Главная Геология Зоны сверхнизких скоростей: ученые нашли остатки древней Земли в ядре планеты

Зоны сверхнизких скоростей: ученые нашли остатки древней Земли

Вблизи ядра Земли могут существовать химические элементы, оставшиеся после формирования Земли 4,5 миллиарда лет назад. Они напоминают комки теста в миске, когда готовятся пироги.

Карта зон сверхнизких скоростей Земли

Таков вывод исследования, проведенного учеными из Университета Юты, которые изучили так называемые "зоны сверхнизких скоростей" на границе ядра и мантии.

Геологи используют сейсмические волны для изучения недр Земли. По тому, как отражаются и преломляются звуковые волны, ученые делают вывод о строении нашей планеты.

Поскольку сейсмические волны замедляются вдвое, эти зоны имеют сверхнизкую скорость, а плотность вещества увеличивается на треть.

Команда смоделировала образование определенных зон и пришла к выводу, что они представляют собой плотные фракции магмы, образовавшихся после столкновения с Луной.

Материал оседал на дно, создавая слоистую структуру. Со временем этот материал был вытолкнут мантией в небольшие зоны.

На снимке: карта недр Земли, где показано расположение зон сверхнизких скоростей (желтый цвет) над внешним ядром, а также опускающийся материал коры (синий цвет) и "суперплюмы" (красный цвет).

Другие теории объяснения зон свернизких скоростей

Профессор Торн вместе с коллегами в своем исследовании пришел к выводу, что некоторые ультранизкоскоростные зоны возникли в результате тех же процессов, что и при происхождении Земли и Луны.

Однако для объяснения ультранизкоскоростных зон были предложены альтернативные теории.

Эксперты полагают, что расплав морской коры, которая была реабсорбирована в мантию, мог создать анализируемые геологические феномены.

Профессор Торн заявил, что из всех особенностей, обнаруженных в глубинах мантии, именно зоны сверхнизких скоростей являются самыми экстремальными.

Первоначально геологи предполагали, что такие зоны могут представлять собой области, где основание мантии частично расплавилось. Но одновременно они являясь источником магмы для вулканических "горячих точек", подобных тем, что наблюдаются в Исландии.

Однако большинство таких зон не расположено под горячими точками вулканов.

В своем исследовании ученые также попытались проверить альтернативную теорию - о том, что зоны сверхнизких скоростей могут состоять из пород с другим, более архаичным составом, чем остальная часть мантии.

Возможно, что они представляют собой скопления оксида железа, то есть ржавчины, расположенной на большой глубине.

В ядре Земли очень много ржавчины - ученые

Если вблизи ядра есть такие скопления, то они влияют на магнитное поле Земли, которое генерируется во внешнем ядре.

«Физические свойства зон сверхнизких скоростей связаны с их происхождением», - говорит сейсмолог Сурия Пачхай из Австралийского национального университета.

На рисунке: модель одного полушария, показывающая расположение двух зон сверхнизких скоростей (красный цвет) и Тихоокеанского суперплюма (прозрачно-красный цвет).

Модель одного полушария, показывающая расположение двух зон сверхнизких скоростей

Ученые сосредоточили свои усилия на зонах, расположенных под Коралловым морем, между Австралией и Новой Зеландией.

Этот район идеально подходит для исследования, поскольку здесь наблюдается высокий уровень сейсмической активности, что позволило команде нарисовать карту высокого разрешения границы ядра и мантии.

По словам доктора Пачхай, геологи создали альтернативную модель Земли, а затем запустили компьютерную симуляцию, которая показала, как выглядят сейсмические волны, если это Земля.

Кроме того, модели исследователей показали, что изученные зоны, скорее всего, имеют внутренние структуры, в частности, слои, которые помогут определить, как они, скорее всего, сформировались.

Команда считает, что происхождение зон сверхнизких скоростей связано с юным периодом планеты, когда Земля медленно фракционировалась: плотное железо опускалось в ядро планеты, а более легкие минералы всплывали вверх.

Столкновение Земли и Тейи 4,5 млрд лет назад

Одна из альтернативных теорий гласит, что планетарный объект размером примерно с Марс - Тейя - врезался в молодую Землю, выбросив обломки на орбиту Земли для формирования Луны, и в то же время значительно повысил температуру планеты.

В результате образовалось большое тело расплавленного материала. По мере остывания этот "океан" оседал - самые плотные химические эдементы опускались на дно мантии и образовывали слои более плотного вещества.

Миллиарды лет «взбалтывания» материала привели к разделению плотных слоев на небольшие участки, образовав зоны сверхнизких скоростей, которые сегодня обнаружены с помощью сейсмической визуализации.

Доктор Пачхай отмечает, что "главным и самым шокирующим открытием стало то, что зоны сверхнизких скоростей не являются однородными, а имеют сильные неоднородности внутри себя (структурные или композиционные вариации)".

"Это открытие меняет наше представление о происхождении и динамике зон сверхнизких скоростей. Мы обнаружили, что этот тип зон можно объяснить химическими неоднородностями, возникшими в самом начале истории Земли".

Как возникло магнитное поле Земли

Считается, что магнитное поле, питающее нашу планету, создано ядром Земли.

Хотя никто еще не побывал в центре земного ядра, ученые изучили ударные волны от землетрясений и смогли определить его вероятную структуру.

Как динамо-машина Земли создает магнитное поле?

В центре Земли находится твердое ядро, состоящее в основном из железа. Оно на две трети больше, чем Луна.

Это железо столь же горячо, как поверхность Солнца, однако давление, вызванное гравитацией, не позволяет ему стать жидким.

Внешнее ядро - 2 00-километровый слой железа, никеля и других металлов.

Поскольку давление здесь ниже, чем во внутреннем ядре, металл пребывает в жидком состоянии.

Изменения температуры, давления и состава во внешнем ядре вызывают конвекционные токи, поскольку теплая, плотная материя опускается, а холодная поднимается.

Из-за вращения Земли "сила Кориолиса" создает вихревые водовороты. Поток жидкого железа производит электричество, которое затем генерирует магнитные поля.

Геодинамо, в свою очередь, закручивает спирали под действием силы Кориолиса, магнитные поля выравниваются в одном направлении и объединяются в одно большое магнитное поле, которое поглощает нашу планету.

Журнал Nature Geoscience опубликовал полные результаты исследования.