Температура недр Земли: новое исследование обнаружило, что мантия горячее, чем считалось

Новое исследование под руководством Океанографического института Вудс-Хол (WHOI) показывает, что мантия — преимущественно твердая, каменистая часть внутренностей Земли между раскаленным ядром и внешней корой — может быть горячее, чем предполагалось ранее. Этот вывод, опубликованный 3 марта в журнале Science, может изменить представления ученых о многих процессах в науках о Земле, включая формирование океанических впадин.

Определение температуры плавления мантийных пород является сложной задачей, поскольку провести прямые измерения невозможно. Ключевым фактором является вода: её наличие в породе снижает температуру плавления. В ходе экспериментов на поршневом цилиндре, имитирующих высокие давления и температуры недр, исследователи традиционно использовали полностью сухие синтетические образцы, а затем вносили поправку на предполагаемое содержание воды в реальной мантии. Однако исходные порошки поглощают воду из атмосферы, что искажает результаты. Эмили Сарафиан применила новый подход, добавив в образец сферы минерала оливина, размер которых (~300 мкм) позволил точно измерить содержание воды методом вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS). Оказалось, что в образце уже содержится примерно столько же воды, сколько есть в мантии.

Для проверки результатов Сарафиан обратилась к данным магнитотеллурического зондирования за 2013 год, которое показывает электропроводность недр и, следовательно, зоны плавления. Сопоставление её экспериментальных данных с глубиной плавления, определенной геофизиками, привело к неожиданному выводу. «Сочетание измеренных в экспериментах температур и давлений с глубиной плавления из исследования Скриппса показало, что океаническая верхняя мантия должна быть на 60°C горячее текущих оценок», — заявила Сарафиан. Это повышение температуры, хотя и кажется небольшим на фоне общих >1400°C, может сделать мантию более текучей, что поможет объяснить движение тектонических плит.