Загадочные термоизолирующие участки у основания мантии Земли

Современная сейсмическая томография позволила ученым обнаружить над границей ядро-мантия (CMB), примерно в 2900 километрах под нашими ногами, тонкий слой толщиной около 300 километров со сложной структурой и неоднородным составом. Среди его особенностей — мелкомасштабные структуры, известные как зоны сверхнизких скоростей (ULVZ), которые вызывают большой научный интерес.

ULVZ обычно имеют ширину всего около ста километров и высоту в десятки километров, напоминая небольшие «заплатки» у основания мантии. Несмотря на скромные размеры, они демонстрируют аномально низкие сейсмические скорости и более высокую плотность по сравнению с окружающей мантией.

Международная группа под руководством профессора Вэнь-Пинь Се из Института наук о Земле Академии Синика и Национального Тайваньского университета использовала метод сверхбыстрой оптической спектроскопии в сочетании с алмазными наковальнями, создающими высокие давление и температуру. Ученые точно измерили теплопроводность богатого железом магнезиовюстита — минерала, который считается возможным компонентом ULVZ. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Команда обнаружила, что этот минерал обладает исключительно низкой теплопроводностью, значительно меньшей, чем у окружающих мантийных материалов. Моделирование показало, что уникальные особенности ULVZ — низкая скорость, высокая температура и высокая плотность — заставляют их вести себя как локальные «термоизоляционные одеяла» у основания мантии.

Эти структуры могут существенно затруднять перенос тепла от ядра к мантии, изменяя пространственно-временное распределение теплового потока через границу CMB. В некоторых регионах они могут даже вызывать локальную тепловую стратификацию в верхней части ядра. Такие эффекты имеют глубокие последствия для термохимической эволюции по обе стороны границы и для энергетического баланса, питающего геодинамо, тем самым влияя на полярность и эволюцию магнитного поля Земли.

«Эти результаты представляют собой значительный прогресс в нашем понимании переноса тепла и геодинамики в глубоких недрах Земли и являются важным шагом на пути к разгадке сложной термохимической и динамо-эволюции, происходящей в самых глубоких слоях нашей планеты», — говорит ведущий автор работы профессор Вэнь-Пинь Се.