Кристаллографы ETH объясняют сейсмическую анизотропию D-слоя Земли

Исследователи из ETH Zürich обнаружили необычный механизм пластической деформации в мантии Земли и предсказали новое семейство мантийных минералов. Эти открытия проливают новый свет на пластическое течение горных пород в недрах планеты — процесс, контролирующий тектонику плит, связанные с ней землетрясения, вулканизм и дрейф континентов.

Пластическое течение в мантии Земли — это микроскопический процесс, лежащий в основе тектоники плит. Его главным проявлением внутри Земли является сейсмическая анизотропия, характер которой зависит от свойств слагающих её минералов. Согласно сейсмическим наблюдениям, самые нижние 150 км мантии, известные как слой D", обладают многими необычными свойствами. Многие из этих аномалий объяснялись свойствами пост-перовскита (Mg,Fe)SiO₃ — доминирующего минерала слоя D". Однако объяснить наблюдаемую сильную сейсмическую анизотропию этого слоя было сложно.

Теперь, благодаря использованию нового метода моделирования — метадинамики, исследователь ETH Артём Р. Оганов и его коллеги смогли объяснить эти наблюдения. Они обнаружили неожиданный механизм пластической деформации пост-перовскита, включающий образование наноразмерных прослоек структуры перовскита (низкого давления) вдоль плоскостей (110) пост-перовскита. Учёные показали, что этот механизм полностью объясняет наблюдаемую сейсмическую анизотропию, и некоторые геофизические данные согласуются только с ним.

Новые минералы в мантии Земли

Структуры, содержащие прослойки перовскита и пост-перовскита, — это не только результат пластической деформации. Исследователи предсказали целое бесконечное семейство минералов того же состава (Mg,Fe)SiO₃, построенных из чередующихся наноразмерных слоёв структур перовскита и пост-перовскита. Согласно квантово-механическим расчётам, такие необычные минералы могут быть важными стабильными минералами в мантии Земли. Несколько научных групп сейчас пытаются синтезировать эти предсказанные минералы, что в случае успеха приведёт к новой минералогической модели недр Земли. Результаты исследования были опубликованы в конце 2005 года в журнале Nature.