Сейсмологическое исследование проливает свет на состав и тепловое состояние нижней мантии Земли

Исследовательская группа под руководством профессора У Чжунцина из Школы наук о Земле и космосе Научно-технического университета Китая (Китайской академии наук) совершила значительный прорыв в определении материального состава и теплового состояния нижней мантии Земли. Результаты исследования, озаглавленного "Состав и тепловое состояние нижней мантии по результатам совместной 3D-инверсии данных сейсмической томографии и упругих свойств минералов", были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Нижняя мантия, расположенная на глубинах от 660 до 2890 км, составляет значительную часть объема и массы Земли. Понимание пространственного распределения в ней состава материала и температуры критически важно для изучения формирования, эволюции и динамики планеты. Для решения этой задачи команда разработала новый эффективный метод расчетов из первых принципов, который позволил изучить упругие свойства ключевых минералов нижней мантии. Интегрировав эти данные с трехмерной томографической моделью, ученые с помощью метода Монте-Карло цепей Маркова инвертировали 3D-распределение минерального состава и температуры по всей нижней мантии, а также получили трехмерную модель ее плотности.

Результаты показали, что латеральное распределение температуры в нижней мантии в целом соответствует гауссовскому распределению, но сильно отклоняется от него у самого дна, что указывает на высокую латеральную неоднородность, вероятно, связанную с крупными провинциями с низкой скоростью сдвиговых волн (LLSVPs) под Африкой и Тихим океаном. Анализ подтвердил, что LLSVPs характеризуются повышенными температурами и обогащены железом и бриджманитом, а также имеют более высокую плотность у дна мантии по сравнению с окружающей мантией. Эти данные поддерживают гипотезу о том, что LLSVPs могли сформироваться из первичных базальтовых магматических океанов на ранних этапах развития Земли.