Новый взгляд на недра Земли

Текущее понимание предполагает, что химический состав мантии Земли относительно однороден. Однако эксперименты, проведенные исследователями из ETH, показывают, что эта точка зрения слишком упрощена. Их результаты решают ключевую проблему в науках о Земле и поднимают новые вопросы.

Новая публикация профессора экспериментальной минеральной физики Мотохико Мураками и его команды, недавно представленная в журнале PNAS, демонстрирует, насколько информативными могут быть такие эксперименты. Полученные данные указывают на то, что понимание внутреннего строения Земли многими геологами может быть слишком упрощенным.

На глубине около 660 км в мантии происходит резкое изменение: здесь верхняя мантия встречается с нижней, а механические свойства пород начинают различаться. Остается неясным, является ли это лишь физической границей или же химический состав породы также меняется в этой точке. Многие ученые полагают, что мантия в целом относительно однородно сложена богатой магнием породой, состав которой схож с перидотитом, встречающимся на поверхности. Однако существует фундаментальное несоответствие: исходя из общепринятой модели формирования Земли из протопланетного вещества, мантия должна содержать больше кремния, чем показывают образцы из верхней мантии.

Мураками выдвигает иную гипотезу: недостающий кремний находится в нижней мантии, а значит, ее состав отличается от состава верхней мантии. Его команда провела в лаборатории высокотемпературные эксперименты, измерив упругие свойства минерала бриджманита при экстремальных давлениях, соответствующих условиям нижней мантии. Используя эти данные для моделирования состава, наилучшим образом согласующегося со скоростями сейсмических волн, исследователи подтвердили свою теорию.

«Мы оцениваем, что бриджманит составляет от 88 до 93 процентов нижней мантии, что дает этому региону соотношение магния и кремния примерно 1,1», — говорит Мураками. Эта гипотеза решает загадку недостающего кремния. Однако полученные результаты ставят новые вопросы о взаимодействии верхней и нижней мантии, особенно в зонах субдукции, где земная кора погружается глубоко в недра, и о динамике, которая приводит к формированию химически различных областей.