Тектонические плиты Земли оказались слабее, чем считалось ранее

Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, разрешило давний научный спор о прочности оливина — самого распространённого минерала в верхней мантии Земли. Учёные из Университета Пенсильвании, Стэнфорда, Оксфорда и Университета Делавэра обнаружили, что прочность оливина возрастает с уменьшением размера его зерна. Поскольку оливин в земной мантии имеет значительно более крупные зёрна, чем образцы, обычно испытываемые в лабораториях, это означает, что литосферная мантия, составляющая до 95% тектонических плит, на самом деле слабее, чем предполагалось ранее.

Это открытие имеет ключевое значение для понимания крупномасштабных геофизических процессов. Более реалистичная картина прочности недр поможет учёным лучше моделировать, как формируются и движутся тектонические плиты, как они деформируются под нагрузкой (например, под весом вулканических островов, таких как Гавайи) и даже как зарождаются и распространяются землетрясения. Разрешение многолетних расхождений между лабораторными данными и геофизическими моделями является важным шагом вперёд.

Для решения проблемы исследователи применили метод наноиндентирования, который позволяет измерять твёрдость материалов без их разрушения даже при комнатной температуре. Проведя 800 экспериментов, они выявили "эффект размера отпечатка": чем меньше был отпечаток индентора, тем выше оказывалась твёрдость и прочность оливина. Анализ предыдущих данных с учётом этого и связанного с ним эффекта размера зерна позволил выстроить все разрозненные результаты в единую плавную зависимость, предсказывающую меньшую прочность мантии. Как отметил ведущий автор Дэвид Голдсби: "С помощью наноиндентирования образец, по сути, становится собственным сосудом высокого давления".