CEE: сейсмические волны спонтанно распространяются внутри Земли

Фото из открытых источников

Землетрясения, извержения вулканов, смещение тектонических плит — все это признаки того, что наша планета жива. Но то, что открывается глубоко внутри Земли, удивляет как обывателей, так и ученых: почти на глубине 3000 километров под поверхностью Земли течет твердая порода, которая не является ни жидкой, как лава, ни хрупкой, как твердая порода.

Это показывает новое исследование геологов под руководством Мотохико Мураками, профессора экспериментальной физики минералов в ETH Zurich. Исследование было опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.

Более 50 лет исследователи ломают голову над странной зоной глубоко внутри Земли — так называемым слоем D", примерно в 2700 километрах под нашими ногами. Там волны землетрясений внезапно ведут себя по-другому: их скорость резко возрастает, как будто они проходят через другой материал. Что именно происходит в этом слое мантии, долгое время оставалось неясным, вплоть до настоящего момента.

В 2004 году Мураками, который с 2017 года является профессором Швейцарской высшей технической школы Цюриха, обнаружил, что перовскит, основной минерал нижней мантии Земли, под воздействием экстремального давления и очень высоких температур превращается в новый минерал вблизи слоя D — так называемый «пост-перовскит».

Исследователи предположили, что это изменение объясняет странное ускорение сейсмических волн. Но это была не вся история. В 2007 году Мураками и его коллеги обнаружили новые доказательства того, что одного лишь изменения фазы перовскита недостаточно для ускорения волн землетрясений.

Используя сложную компьютерную модель, они наконец обнаружили нечто важное: в зависимости от направления, в котором указывают кристаллы постперовскита, твердость минерала меняется. Только когда все кристаллы минерала указывают в одном направлении в модели, сейсмические волны ускоряются — как это можно наблюдать в слое D" на глубине 2700 километров.

В необычном лабораторном эксперименте в Швейцарской высшей технической школе Цюриха Мураками доказал, что постперовскитные кристаллы выстраиваются в одинаковом направлении под действием огромного давления и экстремальных температур.

Для этого исследователи измерили скорость сейсмических волн в своем эксперименте, а также смогли воспроизвести скачок, происходящий в слое D", в лабораторных условиях. «Мы наконец нашли последний кусочек головоломки», - говорит Мураками.

Главный вопрос: что заставляет эти кристаллы выстраиваться в линию? Ответ в том, что твердая мантийная порода течет горизонтально вдоль нижнего края мантии Земли. Исследователи давно подозревали, что это движение — своего рода конвекция, как у кипящей воды — должно существовать, но никогда не могли доказать это напрямую.

Мураками и его коллеги теперь также экспериментально продемонстрировали, что мантийная конвекция твердых пород присутствует на границе между ядром и мантией Земли, то есть что твердые — а не жидкие — породы текут медленно, но устойчиво на этой глубине. «Это открытие не только решает загадку слоя D, но и открывает окно в динамику в глубинах Земли», — объясняет Мураками.

Это не только веха, но и поворотный момент. Предположение о том, что твердые горные породы текут, превратилось из теории в уверенность. «Наше открытие показывает, что Земля не только активна на поверхности, но и находится в движении глубоко внутри», — говорит он.

Обладая этими знаниями, исследователи теперь могут начать составлять карту токов в самых глубоких недрах Земли и, таким образом, визуализировать невидимый двигатель, который приводит в движение вулканы, тектонические плиты и, возможно, даже магнитное поле Земли.