Тайна глубиной в 3000 км. В недрах Земли найдены две аномальные области

Возможно, главная тайна нашей планеты кроется не в океанских безднах и не в околоземном пространстве, а у нас под ногами. Информации о глубинных слоях Земли очень мало, ведь проникнуть туда невозможно. Остаётся ориентироваться на то, как проходят через эти слои сейсмические волны и как они меняются после этого.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience, учёные рассуждают об аномальных областях неизвестного происхождения. Они находятся на границе раскалённого ядра и вязкой мантии.

Учёные ласково называют их «блобами»

Известно, что наша планета состоит из твёрдой коры, каменной мантии, жидкого внешнего ядра и твёрдого внутреннего. Но что именно происходит в каждом слое (и между ними), является загадкой для науки.

В своей статье группа британских и американских геофизиков описывает два обширных региона в нижней мантии — под Африкой и Тихим океаном. Учёные ласково называют их «блобами» (от англ. blob — «капля», «пузырь»). Эти структуры размером с континент на глубине почти 3 тысячи километров известны науке давно: сейсмические волны проходят через них заметно медленнее. Однако их истинная роль в физике Земли долгое время оставалась неясной. Являются ли они просто геологическим курьёзом или «активными игроками» в жизни планеты?

Новое исследование даёт ответ: «блобы» — не пассивные сгустки породы, а мощные терморегуляторы на границе ядра и мантии, от которых зависит магнитное поле планеты.

Теплоизоляторы для ядра

Магнитное поле Земли генерируется так называемым геодинамо — конвективными потоками расплавленного железа и никеля во внешнем жидком ядре. Для поддержания этой «магнитной машины» критически важен отвод тепла от горячего ядра к более холодной мантии. Если этот процесс идёт неравномерно, это напрямую влияет на работу геодинамо.

Учёные решили проверить, как «блобы» воздействуют на этот грандиозный теплообмен в недрах Земли. Они изучили древние магматические породы возрастом до 250 миллионов лет. Остывая, такие породы «запоминают» направление и силу магнитного поля эпохи своего формирования.

Теория предсказывает, что направление древнего магнитного поля в породах должно зависеть в основном от широты их образования. Однако анализ показал неожиданную закономерность: оно (магнитное направление) также менялось в зависимости от долготы, особенно в экваториальных регионах.

Тогда исследователи создали серию компьютерных симуляций работы геодинамо. И запустили их на суперкомпьютере. Когда модель предполагала равномерный отвод тепла от ядра, она не воспроизводила наблюдаемую зависимость от долготы. Всё изменилось, когда в расчёты ввели «блобы» в виде тех областей, где мантия забирает тепло из ядра. Причём картинка сложилась, когда исследователи допустили, что скорость потока тепла в «блобах» примерно в два раза ниже, чем в других, более холодных частях мантии. Тогда магнитные поля, созданные в симуляциях, имели те же продольные структуры, которые есть в изученных древних породах на поверхности Земли.

«Мы показали, что эти области, скорее всего, значительно горячее окружающей мантии и существенно влияют на тепловой поток от ядра, — отмечают авторы работы.

Зоны стабильности: почему это важно для нас?

По мнению геофизиков, два горячих «блоба» изолируют жидкий металл, который находится под ними, предотвращая потерю им тепла. Таким образом, они замедляют охлаждение жидкого металла внешнего ядра и помогают генерировать магнитное поле Земли, ведь его создаёт именно поток жидкости во внешнем ядре. Эти огромные области на границе раскалённого ядра и вязкой мантии привели к появлению характерных продольных изменений в форме и изменчивости магнитного поля планеты.

Они играют важную роль в стабильности всей системы, отмечают авторы исследования. Установлено, что магнитное поле Земли в истории не раз ослабевало и меняло полярность (что делает уязвимой для космической радиации биосферу), однако наличие этих гигантских структур на глубине 3 тысячи километров способствует его устойчивости. Благодаря «блобам» магнитный щит планеты становится менее склонным к катастрофическим коллапсам.

«Эти структуры, по-видимому, способствуют стабильности магнитного поля на геологических масштабах времени», — заключают исследователи.

О происхождении этих двух подземных регионов учёные будут спорить ещё долго. Возможно, они являются остатками древней планеты Тейи, с которой столкнулась молодая Земля, или следами уникальной кристаллизации мантии. Но ясно, что это ключевые архитекторы магнитного щита Земли, защищающего всё живое от смертоносной космической радиации. И без них жизнь в её современном виде была бы невозможна.