Новое исследование опровергает теорию о том, как течет мантия Земли

Новое исследование, проведенное на дне Тихого океана, дает наиболее детальную на сегодняшний день картину того, как мантия Земли течет под тектоническими плитами океана. Результаты, опубликованные в журнале Nature, по-видимому, опровергают распространенное представление о том, что наиболее сильная деформация в мантии контролируется крупномасштабным движением плит. Вместо этого, самое высокое на сегодняшний день разрешение изображений выявляет более мощные мелкомасштабные процессы.

Чтобы лучше рассмотреть эти процессы, группа ученых под руководством специалистов из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета установила массив сейсмометров на дне Тихого океана, вблизи центра Тихоокеанской плиты. Регистрируя сейсмические волны от землетрясений, они смогли заглянуть глубоко внутрь Земли и создать изображения потока в мантии.

Считается, что три основные силы движут океаническими плитами: плиты «выталкиваются» от срединно-океанических хребтов при формировании нового дна; плиты «подтягиваются», когда их самые старые части погружаются обратно в Землю в зонах субдукции; а конвекция внутри астеносферы помогает переносить плиты. Однако исследование показывает, что направление вытянутых кристаллов оливина в мантии не коррелирует с видимым движением плиты на любой глубине в астеносфере. Вместо этого, ориентация кристаллов наиболее сильна в верхней части литосферы, где формируется новое дно, наиболее слаба у основания плиты, а затем снова достигает пика примерно на 250 километрах ниже поверхности, глубоко в астеносфере.

«Наши данные свидетельствуют о том, что в мантии есть два других, более сильных процесса: во-первых, астеносфера явно течет самостоятельно, но глубже и в меньшем масштабе; и, во-вторых, спрединг на хребте создает очень сильную текстуру в литосфере, которую нельзя игнорировать», — сказал соавтор Джеймс Гэрти, геофизик из Ламонт-Доэрти.

Ученые обнаружили, что самый мощный процесс, заставляющий породы течь, происходит в верхней части литосферы при создании нового дна на срединно-океаническом хребте. Этот известный процесс «углового течения» деформирует кристаллы породы на глубину не менее 50 километров в литосфере. В астеносфере данные указывают на два потенциальных сценария течения, оба свидетельствующие о конвекционных каналах, заканчивающихся на глубине около 250–300 километров.

Исследование является частью проекта NoMelt, уникального из-за своего расположения в центре океанической плиты, что позволило зафиксировать мелкомасштабные процессы, обычно упускаемые при наблюдениях с суши. Ученые полагают, что эти выводы репрезентативны для Тихоокеанского бассейна и, вероятно, для океанических бассейнов по всему миру.