В самом сердце Земли, в тысячах миль под нашими ногами, две колоссальных структуры на протяжении десятилетий озадачивали ученых. Это так называемые крупные области с низкой скоростью сдвига (англ. Large low-shear-velocity provinces, LLSVPs), гигантские массы материала, расположенные у основания мантии, прямо над ядром Земли. Эти образования, обнаруженные в 1980-х годах благодаря сейсмическим данным, на протяжении многих лет были предметом споров. Новое исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, выявило ключевой факт: эти структуры не только отличаются друг от друга по составу и происхождению, но и могут влиять на стабильность магнитного поля нашей планеты.
Это открытие важно, поскольку магнитное поле Земли имеет решающее значение для жизни, поскольку оно защищает нас от вредного солнечного излучения. Если эти структуры влияют на его равновесие, понимание их состава и эволюции становится приоритетом. Но что именно представляют собой эти аномалии? Как они образовались? И самое главное, какое влияние они окажут на Землю и ее будущее?
Две структуры, скрытые в глубинах планеты
Крупные области с низкой скоростью сдвига — это две огромные области аномального материала, расположенные в основании мантии Земли: одна под Тихим океаном, а другая под Африкой. Каждая из них простирается на тысячи километров и достигает высоты до 900 км. Эти массы имеют пониженную сейсмическую скорость, что означает, что сейсмические волны распространяются через них медленнее, что указывает на другой состав, чем в остальной части мантии.
Первоначально ученые предполагали, что обе структуры схожи. Однако исследование под руководством Джеймса Пантона показало, что это не так. LLSVPs под Тихим океаном содержит на 53% больше переработанной океанической коры, чем под Африкой, что делает ее более плотной и менее плавучей. Напротив, африканская кора содержит более старые, более смешанные материалы, что делает ее менее плотной и, возможно, более нестабильной.
Это открытие ставит под сомнение идею о том, что эти структуры образовались из первичных остатков ранней мантии Земли. Вместо этого он предполагает, что они являются результатом миллиардов лет субдукции и переработки океанической коры.
Неожиданная связь с магнитным полем Земли
Магнитное поле Земли генерируется во внешнем ядре, где потоки жидкого железа создают эффект динамо. Чтобы этот процесс работал правильно, тепло из ядра должно равномерно рассеиваться через мантию. Но именно здесь LLSVPs могут сыграть ключевую роль.
Исследование показывает, что эти структуры могут блокировать равномерное рассеивание тепла из ядра Земли, что может вызывать изменения в конвекции мантии и в конечном итоге влиять на стабильность магнитного поля. Фактически, африканский LLSVPs уже был связан с аномалией магнитного поля в этом регионе, что позволяет предположить, что эти структуры могут ослаблять защитный щит планеты.
Как объясняет исследователь Паула Келемейер, «тот факт, что эти две низкоскоростные области различаются по составу, но не по температуре, является ключом к пониманию их поведения». Другими словами, хотя сейсмические данные показывают их схожесть, их химические свойства по-разному влияют на тепловой поток ядра.
Тихий океан и Африка: противоположные геологические истории
Различия между этими двумя структурами можно объяснить геологическими процессами регионов, в которых они обнаружены.
Тихоокеанская LLSVPs находится в зоне интенсивной тектонической активности, известной как Огненное кольцо. На протяжении сотен миллионов лет океанические плиты погружались в мантию посредством субдукции, постоянно принося в этот регион новые материалы.
С другой стороны, Африканская LLVP расположена в менее геологически активном регионе, где материалы дольше оставались в мантии и имели больше возможностей для смешивания.
Этот контраст объясняет, почему тихоокеанская LLSVPs более плотная: она непрерывно питалась молодой океанической корой, в то время как африканская LLSVPs накопила более старые, менее плотные материалы.
Какие последствия этого открытие будет иметь для будущего?
Влияние этих структур на магнитное поле еще не полностью изучено. Однако если они действительно способствуют ее нестабильности, вполне возможно, что их влияние может со временем возрасти, влияя на защиту Земли от солнечной радиации.
Кроме того, исследование предполагает, что эти явления могут быть связаны с другими геологическими процессами, такими как формирование суперконтинентов и движение магнитных полюсов. Если эти структуры влияют на конвекцию в мантии, они могут играть роль в таких событиях, как магнитные инверсии, когда северный и южный полюса меняются местами.
Исследователи отмечают, что для подтверждения того, как эти аномалии влияют на ядро и магнитное поле Земли, необходимы дополнительные данные, особенно по гравитации Земли. Но ясно одно: эти структуры — не просто «пятна» в глубинах мантии, они могут быть ключевыми элементами геологической и магнитной истории планеты.
Исследование — doi.org/10.1038/s41598-025-88931-3
