Что опускается, должно подняться: Геологи предложили новую модель дегазации мантии Земли

Новое исследование процессов, постоянно перемешивающих глубинные слои мантии Земли, помогает объяснить, как в ней сохранилась доля древних благородных газов, захваченных при формировании планеты. Работа, опубликованная на этой неделе в журнале Nature, предлагает решение давней проблемы: как согласовать ведущие теории конвекции в мантии с наблюдениями древних благородных газов в вулканических породах. Ученые из Университета Райса и Гарвардского университета разработали модель, объясняющую, как благородные газы (гелий, неон, аргон) теряются из недр Земли в процессе мантийной конвекции.

Это важно, потому что разрешает кажущееся противоречие. С одной стороны, геофизические данные указывают на вовлечение всей мантии в конвекцию, а с другой — базальты океанических островов (например, Гавайев) содержат изотоп гелий-3, который является реликтом эпохи формирования Земли около 4,5 млрд лет назад. Ранее считалось, что полная конвекция должна была бы давно истощить нижнюю мантию от этих древних газов.

«Вопреки традиционному мнению, что тектонический цикл в нижней мантии должен приводить к её интенсивному смешению с верхней мантией и стиранию различий по гелию-3, мы обнаружили, что значительная часть этого цикла фактически обходит верхнюю мантию», — пояснил соавтор работы Суджой Мукхопадхьяй из Гарварда. Модель показывает, что погружающиеся плиты, смешиваясь с нижней мантией, уравновешиваются мантийными плюмами, богатыми гелием-3, которые поднимаются к поверхности, незначительно смешиваясь с верхней мантией. Это позволяет сохранить в нижней мантии около 40% древнего гелия-3.