Выше Эвереста: в 660 километрах под нашими ногами открыты горы и впадины

Мантия занимает 84% объёма Земли.

Иллюстрация NASA/JPL-Universite Paris Diderot - Institut de Physique du Globe de Paris.

Джессика Ирвинг (на фото) вместе с коллегами открыла неровности на глубине 660 километров.

Фото Denise Applewhite, Princeton University.

На глубине 660 километров, на границе верхней и нижней мантии, существует собственный рельеф. Вероятно, перепад высот между этими "горами и ущельями" намного превосходит разницу между Эверестом и Марианской впадиной.

Такие выводы изложены в научной статье, опубликованной в журнале Science группой во главе с Джессикой Ирвинг (Jessica Irving) из Принстонского университета.

О строении Земли на больших глубинах геофизики узнают благодаря сейсмическим волнам от землетрясений. Распространяясь через недра нашей планеты, они играют роль своеобразного УЗИ.

Особенно интересны учёным глубокие землетрясения магнитудой 7,0 и выше. Ударные волны от такого катаклизма могут пройти планету насквозь через ядро, отразиться от земной коры на противоположной стороне земного шара и прийти обратно.

"Нужно, чтобы сильное землетрясение вызвало сотрясение всей планеты", – уточняет Ирвинг.

К сожалению для геологов и к счастью для остального человечества, подобные события случаются нечасто. В этом исследовании использовались данные о землетрясении в Боливии 1994 года магнитудой 8,2. Это второе по мощности глубокое землетрясение за всю историю наблюдений. Первым стало Охотское землетрясение 2013 года.

Авторы обработали данные, полученные сейсмографами в 1994 году, на суперкомпьютерах, которых не существовало в то время. Это позволило получить новые данные о внутреннем строении Земли.

В данном случае исследователей интересовало рассеяние сейсмических волн на границе верхней и нижней мантии (за отсутствием официального названия её часто называют просто "границей на 660 километрах"). Это рассеяние происходит на её деталях размером в несколько километров. Информации о том, что этот разделительный слой представляет собой на таких масштабах, до сих пор было крайне мало.

К удивлению специалистов, оказалось, что граница на 660 километрах очень шероховатая. Полученных данных недостаточно, чтобы начертить точную карту её рельефа. Однако вероятно, что перепад высот намного больше, чем на поверхности Земли.

Кроме того, неровности распределены неравномерно. Другими словами, на рубеже верхней и нижней мантии есть свои "равнины" и "нагорья".

Джессика Ирвинг (на фото) вместе с коллегами открыла неровности на глубине 660 километров.

Почему это важно? Как известно, в мантии существуют вертикальные потоки вещества. Тяжёлые химические соединения погружаются под действием гравитации, выталкивая более лёгкие на поверхность. Именно эта циркуляция вызывает движение материков, вулканические извержения и прочую геологическую активность планеты.

Эксперты много лет спорят, охвачена ли этим круговоротом только верхняя мантия или также и нижняя. Другими словами, неизвестно, насколько проницаема граница между этими двумя слоями, смешиваются ли они.

Новое исследование может дать ответ на этот вопрос. По мнению авторов, "равнины" соответствуют участкам, где вещество верхней и нижней мантии смешивается между собой, а "нагорья" – плохо проницаемым областям. То есть граница на 600 километрах пропускает вертикальные потоки вещества, но не везде.

Остановимся подробнее на том, что представляет собой подобный рельеф. На поверхности Земли нам легко сказать, где есть гора, и где её нет. На равнинах на определённой высоте присутствует только воздух. Породы, из которых сложена возвышенность, легко отличить от воздуха, особенно если споткнуться.

А как обстоит дело на границе между двумя слоями мантии? Ведь местные "Эвересты" и "Эльбрусы" вдаются не в воздух, а в мантийное вещество. Чем же подобная "гора" отличается от окружающего его материала?

Ответ: скоростью распространения звука. Именно это обстоятельство и вызывает упомянутое рассеяние сейсмических волн.

А откуда берётся различие в скорости звука? Здесь есть два варианта. Поверхность, образующая "горы" и "впадины", может отличаться от окружающего вещества либо строением кристаллической решётки, либо химическим составом.

Кристаллическая решётка может измениться при скачке температуры. Однако никаких причин для резкого "потепления" именно на отметке в 660 километров нет. Если же это случайная тепловая аномалия, то трудно объяснить, почему эти относительно короткоживущие (несколько миллионов лет) флуктуации именно к моменту наблюдений массово собрались на одной и той же глубине. Авторы просканировали также слой на глубине 410 километров и не обнаружили там подобных неровностей.

Поэтому исследователи склонны считать, что речь о химических различиях. Тогда, в свою очередь, встаёт вопрос, откуда они взялись.

Возможно, речь идёт об участках океанической коры, которые тонут в мантии в зонах субдукции. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали об этом процессе.

Дальнейшая судьба этой коры неизвестна. Не исключено, что её "смятые в гармошку" фрагменты действительно оседают у границы верхней и нижней мантии и образуют найденные учёными неровности.

Возможно, более определённого ответа придётся подождать до следующего большого землетрясения или появления ещё более мощных методов анализа уже накопленных данных.

"Сейсмология наиболее захватывающа, когда она позволяет нам лучше понять внутреннее устройство нашей планеты как в пространстве, так и во времени", – заключает Ирвинг.