Спутники обнаружили загадочные изменения в ядре Земли

Фото из открытых источников

Группа ученых обнаружила колоссальную геологическую аномалию — масштабное и загадочное изменение, произошедшее на глубине почти 2900 километров, прямо на границе между мантией и ядром Земли. Это событие заметно изменило гравитационное поле планеты и было косвенно, но однозначно зафиксировано приборами на орбите.

Открытие, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, предполагает, что структура горных пород в глубинах нижней мантии может динамически трансформироваться, и этот процесс может иметь фундаментальные последствия для нашего понимания динамики планет — от происхождения крупных землетрясений до генерации магнитного поля, защищающего жизнь на поверхности.

Исследование, проведенное под руководством Шарлотты Гон Гурантон из Городского университета Парижа и при активном участии геофизика Изабель Пане из Университета Гюстава Эйфеля, было сосредоточено на тщательном анализе данных, собранных в ходе спутниковой миссии GRACE (эксперимент по гравитационному восстановлению и изучению климата), совместного проекта США и Германии, который действовал с 2002 по 2017 год.

Уникальная конфигурация этих двух спутников, летевших строем на фиксированном расстоянии друг от друга, сделала их беспрецедентно точным инструментом для измерения изменений гравитационного поля Земли. Когда головной аппарат пролетал над областью большей массы, например над горным хребтом или скоплением воды, он притягивался немного сильнее, изменяя свое расстояние от отстающего спутника — миллиметровое изменение, которое можно было соотнести с изменениями гравитации.

Хотя основной целью GRACE всегда было изучение движения водных масс на поверхности – мониторинг водоносных горизонтов и таяния ледников – команда Панета поняла, что чувствительность системы позволяет отслеживать гораздо более глубокие возмущения. Геофизик уже использовал эти данные для выявления изменений на глубине сотен километров, предшествовавших крупным землетрясениям. На этот раз задача была более масштабной: спуститься к самой границе нижней мантии, области экстремальных давлений и температур, где горные породы соприкасаются с расплавленным внешним ядром.

Именно в ходе этого анализа был выявлен аномальный сигнал, чёткий и безошибочный, достигший пика примерно в 2007 году, эпицентр которого находился в обширной области под Атлантическим океаном, у побережья Африки. Природа этого сигнала полностью исключала его поверхностное происхождение, связанное с гидрологическим циклом; гравитационное изменение, зафиксированное спутниками, можно было объяснить только перераспределением масс в глубинах твёрдой Земли. По словам Панета , по крайней мере частично, оно должно иметь внутреннее происхождение. Оно должно исходить из очень глубинных недр.

Глубина и местоположение этого явления позволили исследователям связать своё открытие с предыдущими наблюдениями. В том же регионе и в схожий период времени, около 2007 года, другие спутники, предназначенные для измерения магнитного поля Земли, зарегистрировали необычное геомагнитное возмущение. Пространственное и временное совпадение позволяет предположить, что оба события, гравитационное и магнитное, могут быть двумя сторонами одного и того же глубинного геологического процесса.

Гипотеза, предложенная Панет с коллегами, смелая и последовательная. Они предполагают, что в породах в основании мантии, состоящих из таких минералов, как перовскит, произошла трансформация на атомном уровне. Под воздействием невообразимых давлений, преобладающих на этой глубине, кристаллическая структура этого минерала должна была сжаться, приобретя более плотную конфигурацию, – процесс, известный как фазовый переход. Этот минералогический метаморфоз, по сути, привёл к локальному увеличению плотности и, следовательно, массы значительной части нижней мантии.

Это внезапное увеличение массы в основании мантии должно было вызвать перестройку прилегающих пород, подобную эффекту домино, который, распространяясь наружу, достиг бы и слегка деформировал рельеф границы между мантией и ядром, возможно, порядка десяти сантиметров. Эта деформация, хотя и кажется незначительной в планетарном масштабе, была бы достаточной, чтобы нарушить конвективные потоки расплавленного железа, циркулирующего во внешнем ядре, кратковременно изменив его течение и тем самым создав магнитную аномалию, зарегистрированную другими спутниками.

Исследовательница осторожна и подчёркивает, что эта версия, несмотря на свою элегантность, требует более глубокого исследования для подтверждения. Она предупреждает, что её ещё предстоит изучить. Тем не менее, для научного сообщества сам факт наблюдения события подобного рода представляет собой колоссальный шаг вперёд.

Барбара Романович, сейсмолог из Калифорнийского университета в Беркли, назвала открытие весьма интригующим, подчеркнув, что впервые у нас есть убедительные доказательства динамических процессов в основании мантии, происходящих в достаточно быстрых временных масштабах, чтобы их можно было изучать по мере их возникновения.

После 2007 года команда не обнаружила других гравитационных сигналов сопоставимой величины в данных GRACE. Тем не менее, мониторинг продолжается. Панет с коллегами теперь планируют тщательно изучить измерения, полученные спутниками-преемниками GRACE, которые в настоящее время находятся на орбите, в надежде, что глубины Земли в любой момент снова предоставят новую и важную подсказку о её самых сокровенных процессах.