Редкий гелий-3 обнаружен в глубинной мантии — Nature Geoscience
За тысячами километров под земной поверхностью скрываются гигантские структуры, которые долгие годы заставляли учёных пересматривать представления о строении нашей планеты. Эти образования располагаются так глубоко, что прямые наблюдения невозможны, а их существование удаётся уловить лишь по поведению сейсмических волн. Постепенно исследователи собирают воедино все доступные данные, чтобы понять, как появлялись первые геологические слои Земли и почему некоторые из них сохранились до наших дней. Об этом сообщает Nature Geoscience.
Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License) Внутреннее строение Земли Глубинные аномалии, которые меняют взгляд на внутреннее строение ЗемлиНа глубине около 2900 километров от поверхности расположены огромные зоны, влияющие на скорость распространения сейсмических волн. Эти области получили название LLSVP — крупные провинции с низкой скоростью сдвига. Учёные фиксируют их присутствие с конца XX века, однако истинное происхождение долгое время оставалось предметом дискуссий. По наблюдениям, они располагаются под Африкой и Тихим океаном, занимая примерно 5% площади внешнего ядра, что делает их ключевым элементом глобальной геодинамики.
Исследователи отмечают, что эти структуры нельзя объяснить только температурой или давлением. Низкая скорость распространения сдвиговых волн указывает на необычный химический состав, значительно отличающийся от остальной мантии. Анализ данных показывает, что плотность LLSVP примерно на 3% выше, чем у окружающих пород на сопоставимой глубине, что свидетельствует о древней природе этих образований. Их стабильность в течение миллиардов лет также заставляет предположить, что они представляют собой своеобразный глубинный резервуар.
Накопленные данные указывают на то, что внутри этих структур могут существовать отдельные слои с различными характеристиками. Такое строение невозможно объяснить только переработанными породами или поглощённой океанической корой. Всё это подталкивает учёных искать ответы в эпохах, когда Земля только формировалась и проходила через экстремальные стадии эволюции.
Связь между древним магматическим океаном и современными структурамиНедавняя работа исследователей из Университета Рутгерса и Китайской академии наук предлагает новое объяснение появления LLSVP. Авторы предполагают, что эти массивы сформировались из базального магматического океана — расплавленного слоя, существовавшего около 4,5 миллиарда лет назад. В этот период ядро планеты ещё находилось в процессе формирования, а химические элементы активно перераспределялись между металлической и силикатной фазами.
Согласно модели, высокие температуры и давления приводили к тому, что некоторые оксиды переходили из жидкого металла в мантийный материал. Они опускались к основанию мантии, образовывая часть плотной магмы, насыщенной различными компонентами. По мере остывания эта магма создавала устойчивую химически неоднородную зону, которая со временем стала основой LLSVP. Такой сценарий объясняет как их необычную плотность, так и долговечность.
Эта модель важна ещё и тем, что открывает новое понимание взаимодействия ядра и мантии. Если химический обмен между слоями был интенсивным в ранние эпохи, это могло влиять на то, как формировалось магнитное поле Земли и какие процессы определяли последующую эволюцию планеты. Подобная перспектива обогащает современные модели внутреннего строения земли более точными данными.
Глубинные химические следы как свидетельства древней историиПомимо сейсмических аномалий, LLSVP выделяются своим химическим составом. В отдельных породах, связанных с этими структурами, обнаруживаются редкие изотопы, такие как гелий-3. Он ассоциируется с первичными материалами, сохранившимися со времени появления планеты. Присутствие такого газа в вулканических шлейфах указывает на то, что эти материалы поднимаются к поверхности из глубинных резервуаров.
Также специалисты обращают внимание на изотопный состав благородных газов — например, неона и аргона — которые часто фиксируются в извержениях океанических островов. Это позволяет связать некоторые современные вулканические процессы с крайне древними источниками. Наиболее яркий пример — изотоп вольфрама-182, который мог сформироваться только в первые миллионы лет существования Земли. Его присутствие в базальтах океанических островов позволяет предположить, что горячие точки Гавайев и Галапагоса черпают материал из LLSVP.
Накопленные данные дают основания утверждать, что эти структуры представляют собой своеобразные "капсулы времени". Они хранят элементный состав, характерный для самых ранних этапов истории планеты, и помогают объяснить, почему некоторые современные геологические явления имеют столь устойчивую природу.
Сравнение LLSVP с другими глубокими структурами мантииЧтобы понять уникальность LLSVP, исследователи сопоставляют их с другими типами глубинных образований. Для мантии характерны различные по природе и происхождению структуры, и сравнение позволяет точнее определить их роль.
LLSVP отличаются высокой плотностью и низкими скоростями сдвига, что выделяет их среди других аномалий.
В отличие от мантийных шлейфов, они сохраняют стабильное положение в течение миллиардов лет.
В сравнении с зонами субдукции они демонстрируют более сложный химический состав и большую неоднородность.
Их масштаб и распределение указывают на причастность к глобальным процессам формирования Земли, в отличие от локальных структур.
Такое сопоставление помогает увидеть, что LLSVP — это не временные явления, а фундаментальные элементы глубинной архитектуры планеты.
Популярные вопросы о глубоких структурах мантииПочему LLSVP считаются такими древними?Потому что их химический состав содержит изотопы, которые могли сформироваться только на ранних этапах существования планеты.
Можно ли наблюдать их напрямую?Нет, доступ возможен только через анализ сейсмических волн и химических следов в вулканических породах.
Почему важно изучать LLSVP?Они помогают понять формирование Земли, особенности магнитного поля и происхождение некоторых вулканических зон.
земля наука