Новая модель системы конвейерных течений в глубокой мантии в ядре Земли

Геофизики из Института наук о Земле и жизни (Earth-Life Science Institute, ELSI) Токийского технологического института представили в журнале Nature Geoscience новую модель существования системы конвейерных течений в глубокой мантии, которая, возможно, работает внутри Земли с момента её формирования около 4,5 миллиардов лет назад.

Учёные использовали численное моделирование, чтобы изучить, как химический состав пород, в частности обогащение кремнезёмом (SiO₂), влияет на конвекцию — медленное перемешивание горячей пластичной мантии. Они обнаружили, что относительно вязкие, богатые кремнезёмом породы (подобные «клёцкам» в бульоне) могут сопротивляться полному перемешиванию. Вместо этого мантия самоорганизуется в крупные конвекционные ячейки, где слабые, обеднённые кремнезёмом породы заполняют верхнюю мантию и циркулируют вокруг прочных, богатых кремнезёмом блоков в нижней мантии по гигантской конвейерной ленте.

Это открытие важно, поскольку предлагает решение давней загадки о сохранении древних пород в активно конвектирующей мантии. Модель предполагает, что гигантские блоки (размером более 1000 км в диаметре), составляющие около 15% массы мантии и обогащённые кремнезёмом, могут стабильно существовать миллиарды лет, вероятно, скрываясь под Африкой и Тихим океаном. Их существование объясняет, почему некоторые погружающиеся тектонические плиты останавливаются на средней глубине, а также геохимическое разнообразие лав, извергающихся на поверхность Земли из глубоких источников.

«Долговременная стабильность этих областей может объяснить геохимическое разнообразие лав глубокого происхождения на поверхности Земли», — отмечают исследователи. В то время как одни лавы связаны с переплавкой переработанного материала земной коры, другие несут следы древних доменов, избежавших циркуляции и переработки с самых ранних дней существования нашей планеты.