Жесткий новый слой в мантии Земли: почему конвейер планеты замедляется на глубине 930 миль

Исследование Университета Юты, в ходе которого минералы сжимались между алмазами, указывает на существование неизвестного ранее слоя внутри Земли. Это часть нижней мантии, где порода становится в три раза жестче. Открытие может объяснить загадку: почему погружающиеся плиты тектонических плит иногда останавливаются и утолщаются на глубине около 1500 км (930 миль).

Результаты, опубликованные в журнале Nature Geoscience, также могут объяснить некоторые глубокие землетрясения, указывать на то, что недра Земли горячее, чем считалось, и пояснить, почему химический состав частично расплавленных пород (магм), питающих вулканы срединно-океанических хребтов (как в Исландии), отличается от магм, питающих островные вулканы (как Гавайи).

«Земля имеет много слоев, как луковица, — говорит Лоуэлл Мияги, доцент геологии и геофизики Университета Юты. — Большинство слоев определяются присутствующими в них минералами. По сути, мы обнаружили новый слой в Земле. Этот слой определяется не минералами, а прочностью этих минералов».

Мияги и его коллега Хауке Марквардт из Университета Байройта (Германия) выявили вероятное присутствие сверхвязкого слоя в нижней мантии, сжимая минерал ферропериклаз между алмазными наковальнями под давлением, соответствующим условиям нижней мантии. Они обнаружили, что прочность ферропериклаза начинает расти на глубине около 660 км (граница верхней и нижней мантии) и увеличивается втрое к моменту пика на глубине около 1500 км (930 миль).

«Этот рост вязкости, вероятно, заставляет погружающиеся плиты застревать — по крайней мере временно — на глубине около 1500 км, — говорит Мияги. — Фактически, сейсмические изображения показывают, что многие плиты «скапливаются» вокруг этой глубины, например, под Индонезией и тихоокеанским побережьем Южной Америки».

Насколько вязок этот слой? По шкале паскаль-секунд вязкость воды составляет 0,001, арахисового масла — 200, а жесткого мантийного слоя — 1 000 000 000 000 000 000 000 (10²¹).

Это открытие имеет несколько важных следствий. Застревание и изгибание погружающихся плит из-за жесткого слоя может объяснить некоторые глубокие землетрясения в мантии. Этот вязкий слой также может разделять источники двух разных типов магм для вулканов срединно-океанических хребтов и островных вулканов типа Гавайских.

Кроме того, «если вы уменьшаете способность породы в мантии к перемешиванию, тепло также труднее выходит из Земли, что может означать, что недра Земли горячее, чем мы думаем», — отмечает Мияги. По его расчетам, в самой жесткой области слоя на глубине 1500 км средняя температура составляет около 2150°C (3900°F), а давление в 640 000 раз превышает атмосферное на поверхности.