Под тектоническими плитами Земли обнаружен скрытый слой расплавленной породы

Jun 16, 2023

Исследователи обнаружили ранее неизвестный слой частично расплавленной породы под земной корой.

Это открытие может помочь ученым узнать больше о движениях тектонических плит Земли, которые не только создают горы и землетрясения, но также способствуют формированию среды с подходящими химическими и физическими условиями для поддержания жизни на ранней Земле.

Самый внешний слой нашей планеты — это кора, в которой мы живем, а под ней находятся мантия, внешнее ядро ​​и внутреннее ядро. Мировые океаны и континенты расположены на 15 основных блоках, которые движутся и смещаются, называемых тектоническими плитами, которые составляют нижнюю кору и верхнюю мантию.

Недавно обнаруженный расплавленный слой расположен на глубине 100 миль (161 километр) под поверхностью Земли. Этот слой является частью астеносферы, которая находится под тектоническими плитами. Астеносфера представляет собой мягкий слой твердой, но податливой породы, которая может заставлять тектонические плиты двигаться и сдвигаться.

Исследователи задавались вопросом, какие факторы делают астеносферу мягкой, и считали расплавленные породы частью уравнения. Несмотря на то, что недра Земли в основном твердые, камни со временем могут смещаться и двигаться медленно.

Цзюньлинь Хуа, научный сотрудник Школы геонаук Джексона Техасского университета в Остине, изучал сейсмические изображения мантии Земли, расположенной под Турцией, для своего докторского исследования, когда он заметил признаки частично расплавленной породы. Он начал свою работу в 2020 году, будучи аспирантом Университета Брауна.

Ученые ранее замечали части этого слоя породы и считали его аномалией, но Хуа и его коллеги-исследователи обнаружили доказательства того, что он имеет более широкое распространение.

Исследовательская группа подтвердила, что астеносфера состоит как из твердой, так и из расплавленной породы и что, хотя порода позже частично расплавляется, она не способствует движению плит и не облегчает им движение.

«Когда мы думаем о том, что что-то плавится, мы интуитивно думаем, что расплав должен играть большую роль в вязкости материала», — сказал Хуа. «Но мы обнаружили, что даже там, где доля расплава довольно высока, ее влияние на мантийное течение очень незначительно».

В мантии происходит конвекция, или передача тепла: горячий, менее плотный материал поднимается, а более холодный, более плотный материал опускается. Исследователи полагают, что движению плит способствуют наличие твердых пород и конвекция.

По словам Хуа, основная проблема изучения внутренних слоев Земли — сбор данных, поскольку большую их часть можно собрать только на поверхности, а напрямую получить образцы изнутри планеты сложно.

«Поэтому ученые использовали сейсмические волны, генерируемые землетрясениями, которые проходят через недра Земли, для изучения скорости распространения сейсмических волн в этих внутренних слоях, подобно компьютерной томографии в больнице», — сказал Хуа.

Он собрал более 700 изображений, снятых сейсмическими детекторами по всему миру, и создал глобальную карту астеносферы.

Анализируя данные, Хуа увидел, как сейсмические волны перемещаются через различные материалы под земной корой, включая изменения в скорости, направлении и времени прибытия в места обнаружения. Наличие расплава в частично расплавленном слое означало, что сейсмические волны двигались медленнее.

Расплавленная порода появилась в сейсмических показаниях в районах, где астеносфера достигла самых высоких температур — около 2640 градусов по Фаренгейту (1450 градусов по Цельсию).

Хуа является ведущим автором исследования с подробным описанием результатов, которое было опубликовано в понедельник в журнале Nature Geoscience.

«Это исследование имеет фундаментальное значение для понимания того, почему астеносфера — слабый слой мантии под тектоническими плитами, который позволяет плитам двигаться — на самом деле слаба», — сказала соавтор исследования Карен М. Фишер, выдающийся профессор геологических наук в Университете Брауна. в заявлении.

«В конечном счете, это доказывает, что другие факторы, такие как колебания температуры и давления, могут контролировать прочность астеносферы и делать ее достаточно слабой, чтобы стала возможной тектоника плит».