Под корой — чужой мир: глубинные области могут быть остатками эпохи, когда Земля ещё не остыла

Глубоко под нашими ногами, там, где давление превышает всё, что можно представить, скрываются гигантские структуры, которые десятилетиями остаются загадкой для науки. Последние исследования показывают, что эти необычные области на границе ядра и мантии могут быть не просто геологическими аномалиями, а древними следами процессов, происходивших в первые мгновения существования Земли — таких же фундаментальных, как и те, что описываются в работах о глубинных структурах Земли. Именно они способны пролить свет на формирование планеты и условия, которые позже позволили зародиться жизни. Об этом сообщает science-et-vie.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Внутреннее строение Земли

Что скрывают структуры на глубине почти 3000 километров

Сейсмологи обратили внимание на загадочные образования под Африкой и Тихим океаном ещё в конце прошлого века. Их обнаружение стало возможным благодаря изменению скорости сейсмических волн, которые проходят через недра планеты. Эти области, получившие название LLSVP, занимают около пяти процентов поверхности ядра и отличаются крайне низкой скоростью сдвиговых волн. Такой эффект невозможно объяснить только температурой или давлением — структурные свойства требуют совершенно иного научного объяснения.

Наблюдения показывают, что плотность этих областей может быть немного выше по сравнению с окружающей мантией, что формирует значительную разницу на таких глубинах. Особенностью LLSVP является их стабильность: они не смещаются так, как мантийные шлейфы, а сохраняют своё положение миллиарды лет. Это указывает на возможную роль первичных резервуаров, содержащих информацию, унаследованную от ранней Земли.

В последние годы геофизики, геохимики и планетологи рассматривают LLSVP как ключ к пониманию глубинных процессов, которые сложно наблюдать напрямую. Необычное сочетание химических и физических свойств делает их важным звеном в реконструкции ранней эволюции планеты.

Как мог сформироваться древний магматический резервуар

Новое исследование, проведённое специалистами из Университета Рутгерса и Китайской академии наук, предложило объяснение, объединяющее данные термодинамического моделирования и сейсмических измерений. Согласно этой гипотезе, LLSVP возникли в результате затвердевания базального магматического океана, который существовал в первые миллионы лет истории Земли.

Этот океан, находившийся над формирующимся ядром, взаимодействовал с металлом и насыщался химическими элементами, выделившимися из жидкого ядра. При экстремальных температурах и давлениях происходила фракция оксидов — соединений магния, кремния и железа — что создавало уникальный химический состав. По мере охлаждения эти материалы оседали и образовывали плотный слой у границы с мантией, где и сохранились до наших дней.

Такая картина объясняет ряд наблюдаемых особенностей: повышенную плотность, контраст с окружающими породами и необычную стабильность. Если эта гипотеза верна, то LLSVP оказываются не просто геофизическими структурами, а древним архивом, содержащим следы взаимодействия ядра и мантии. Эти процессы могли повлиять на формирование магнитного поля, сыгравшего огромную роль в становлении пригодной для жизни планеты.

Древние химические сигнатуры в недрах Земли

LLSVP привлекают внимание не только своей плотностью и формой. В их химических характеристиках обнаруживаются изотопы, которые связывают структуры с ранней историей планеты. Среди них выделяется гелий-3 — один из древнейших элементов, сохранившийся со времён формирования Земли.

Исследования вулканических пород указывают на наличие других благородных газов, например неона и аргона, которые могли подниматься из глубинных областей через мантийные шлейфы. Их присутствие подтверждает, что LLSVP могут быть остатками раннего геохимического резервуара, который не был разрушен тектоническими процессами.

Особый интерес вызывает вольфрам-182 — продукт распада изотопа с крайне коротким геологическим периодом полураспада. Его обнаружение в породах океанических островов предполагает, что источник материалов был сформирован более четырёх миллиардов лет назад. Такие данные усиливают гипотезу о древнем происхождении LLSVP и их связи с ранним магматическим океаном.

Сравнение: чем LLSVP отличаются от других глубинных структур Земли

В отличие от мантийных шлейфов, LLSVP сохраняют стабильное положение миллиарды лет.

Их плотность выше, чем у окружающих пород нижней мантии, тогда как другие структуры обычно менее контрастны.

LLSVP представляют собой химически неоднородные зоны, а не термические аномалии.

Панорама сейсмических данных показывает многослойность и внутреннюю структуру, что не свойственно обычным мантийным образованиям.

Эти различия подчёркивают уникальность LLSVP и их исключительную роль в изучении ранней истории Земли.

Плюсы и минусы гипотезы о древнем магматическом океане

Гипотеза, связывающая LLSVP с первичным магматическим океаном, имеет свои преимущества и ограничения.

Плюсы:

• объединяет сейсмические, химические и термодинамические данные;
• объясняет устойчивость и плотность LLSVP;
• связывает структуры с процессами формирования ядра;
• открывает путь к восстановлению древней геологической истории планеты.

Минусы:

• требует сложного моделирования глубинных процессов;
• не все параметры можно подтвердить прямыми измерениями;
• часть изотопных данных нуждается в дополнительной проверке;
• влияние внешних факторов на эволюцию структур остаётся неясным.

Эта гипотеза продолжает развиваться и требует новых данных из геохимии и сейсмологии.

Популярные вопросы о LLSVP и глубинной структуре Земли

Почему LLSVP считаются такими важными?
Потому что они могут содержать химические следы, сформированные в первые миллионы лет истории Земли.

Где находятся эти структуры?
Основные области расположены под Африкой и под Тихим океаном, у границы ядра и мантии.

Могут ли они влиять на процессы на поверхности?
Да, они способны изменять характер мантийных потоков, что отражается на вулканизме и тектонике плит.