Исследование раскрывает масштабы вариаций состава мантии Земли

Новое исследование геохимиков из Университета Брауна дало новое представление о масштабах, на которых химический состав мантии Земли варьируется. Результаты могут помочь ученым лучше понять процесс смешивания при мантийной конвекции — медленном перемешивании, которое движет тектоническими плитами Земли.

Мантия неоднородна по составу, но масштабы этих неоднородностей оставались неясными. Исследование, опубликованное в Science Advances, показывает, что для объяснения наблюдаемых химических сигналов в породах размер таких обогащенных участков должен составлять не менее одного километра.

Это важно, поскольку помогает понять судьбу переработанного материала земной коры, который погружается в мантию в зонах субдукции. Основной вопрос заключается в том, насколько эффективно конвекция перемешивает и гомогенизирует эти обогащенные гетерогенности или, наоборот, сохраняет их. Ученые изучают состав мантии через базальты срединно-океанических хребтов (MORB) и абиссальные перидотиты. Разница в их изотопном составе указывает на присутствие в мантии обогащенных карманов — остатков субдуцированной коры.

Для нового исследования ученые смоделировали процессы плавления и переноса магмы. Они выяснили, что чтобы изотопная сигнатура обогащенного материала не «стерлась» при взаимодействии магмы с окружающей мантией по пути к поверхности, размер самих гетерогенностей должен быть значительным. «Если масштаб неоднородности слишком мал, химический обмен во время течения магмы сотрет эти гетерогенности», — пояснил профессор Ян Лян. «Наша модель показывает, что для создания наблюдаемой разницы в составе неоднородность должна быть размером в километр или более».

Это исследование вносит новый вклад в понимание тонкой структуры мантии, создаваемой конвекцией, и ставит вопрос о глубинных процессах, способных создавать гетерогенности такого масштаба.