Всередині землі виявили гігантські гори

Вивчаючи кордон між ядром і мантією землі, геофізики виявили, що вона не така гладкі, як вважали раніше. У поверхонь, що поділяють внутрішні шари, теж складний рельєф. Виходить, що наша планета зовсім не схожа на набір вкладених один в одного сфер, як прийнято її зображати.

Читаючи хвилі. Земна кора

Про глибокі надрах геофізики судять за сейсмічними хвилями, породжується землетрусами. Є поздовжні P - хвилі - коли упругие механічні коливання відбуваються вздовж напрямки розповсюдження і поперечні S - хвилі - в них коливання перпендикулярні.

На кордоні верств з різною щільністю швидкість хвиль різко змінюється. При переході від твердої земної кори до більш пластичної верхньої мантії - збільшується. Цю межу називають поверхнею мохоровічича. Нижня мантія твердішою, ніж Верхня. Зовнішнє ядро, в якому поперечні сейсмічні хвилі не поширюються, - рідке, а внутрішнє - знову тверде, але злегка пластичне.

Поки мережа сейсмографів була неймовірної, розділи між внутрішніми оболонками з певною часткою умовності зображували у вигляді сфер. У міру накопичення даних стало ясно, що кожна з цих кордонів - складна поверхню зі своїм рельєфом і внутрішні "гори" навіть вище, ніж на поверхні землі, а "западини" глибше.

Від вершини Евересту до дна Маріанської западини близько 20 кілометрів, а, наприклад, перепади кордону мохоровічича, що розділяє кору і верхню мантію, досягають 40 кілометрів. І все це на глибині від п 'яти до 70 кілометрів.

Приблизно такий ж, різке рельєф характерний для кордону між верхньої та нижньої мантією. Це довели вчені з Китаю і США. Вони проаналізували результати спостережень сотень сейсмічних станцій, отримані за одними і тими ж подій: землетрусів у Болівії 1994-го і в Охотському морі 2008 і 2012 років, а також архівні записи сейсмографів Національного центру інформації про землетруси геологічної служби США.

Автори дослідження встановили, що для кордону між верхньої та нижньої мантією, розташованої на глибині близько 660 670 кілометрів, дані різних станцій практично повністю співпадають. Тобто у неї стійкий рельєф, який навіть вдалося закартировано. Обробка сигналів болівійського землетрусу дозволила створити в буквальному сенсі слова "топографічну карту" поверхні нижньої мантії для цілого регіону в південно-східній Азії.

Найбільш динамічна область. Мантія і ядро

Коли говорять про динаміку землі, зазвичай мають на увазі масштабні поверхневі процеси, пов 'язані з рухом літосферних плит. В зонах серединно - океанічних хребтів і рифт Літосфера розсується, а в зонах субдукції на околицях континентів океанічні плити занурюються під континентальні.

Але всередині землі відбуваються не менш динамічні процеси та поверхневі руху - лише їх відображення. У першу чергу мова йде про мантийной конвекції, яка виникає через різницю температур в Надра та на поверхні планети. Висхідні потоки конвекційних комірок розтягують літосферу, спадні - захоплюють її в мантію. При цьому у верхніх частинах комірок речовину тече в горизонтальній площині і ці потоки змушують літосферні плити рухатися.

Найбільш динамічна область землі знаходиться на кордоні ядра і мантії, на глибині близько 2900 кілометрів. Вважається, що її неоднорідність впливає на чимало геологічні процеси, зокрема, коливання осі обертання землі і характеристики геомагнітного поля. Крім того, сама конвекція - наслідок того, що відбувається у шарі D "на кордоні з ядром.

На його поверхні вчені виявили масиви незвичайно щільних, гарячих порід - зони аномально низьких швидкостей проходження сейсмічних хвиль (ULVZ - Ultra - Low лсс zones). Вони простягаються на сотні кілометрів, а їх "висота" - десятки кілометрів.

Над ними - гарячі точки з вулканами: Гавайські, Маркізькі, Галапагоські острови й архіпелаг Самоа в Тихому океані, Канарські та Азорські острови, Ісландія - в Атлантичному, архіпелаг Кергелен - в Індійському, afarskaya зона вулканізму в районі Великого Африканського рифт.

Американські вчені університету Джонса Хопкінса і Мерілендського університету в коледж - парку спільно з ізраїльськими колегами з тель-авівського університету, використовуючи новий алгоритм машинного навчання, виконали паралельний аналіз семи тисяч сейсмограмм, що охоплюють сотню землетрусів з 1990 по 2018 рік, і вперше склали детальну карту розділу ядра і мантії Тихоокеанського регіону, на яку нанесли всі ulvz зони.

Виявилося, що ULVZ - лише окремі выступы в межах більш великих, порівнянних за розміром з континентами, провінцій з низькою швидкістю зсуву (LLSVP - Large Low shear лсс provinces), які ще називають superplyumami. Їх відгалуження проникають вгору в мантію на тисячі кілометрів. Наразі вчені виділяють дві такі провінції - африканську і тихоокеанську.

Кругообіг речовини в мантії

Австралійські вчені з університету кертіна припустили, що періоди, коли вся основна територія землі об 'єднувалася в єдині суперконтиненти - Пангею, Родін, Колумбію та інші, співпадали з активністю у глибинних llsvp провінціях. Побудували динамічну модель, що зв 'язує еволюцію superplyumov зі складанням і розпадом суперконтинентів.

Відповідно до цієї моделі, масиви LLSVP утворюються з літосферних плит, які, як з 'ясувалося, занурюючись, не растворяются в мантії, як думали раніше, а опускаються до самого кордону ядра. Тут вони переплавляються, і гігантські краплі розігрітого речовини - мантійні плюмами, - відриваючись від LLSVP, спливають до поверхні, даючи початок новому геодинамічних циклу. Літосфера над плюмами піднімається, утворюючи купол, а потім тріскається і розходиться.

Всередині ядра

Дослідники з США і Китаю проаналізували, як змінюються сейсмічні хвилі, що проходять через кордон між зовнішнім і внутрішнім ядром. Для цього використовували сигнали від Дуплет - постійних землетрусів з одним і тим самим епіцентром.

Виявилося, що у цих змін є певна періодичність, яку можна пояснити двома механізмами - або внутрішнє ядро обертається приблизно на 0,05-0,1 градуси на рік, або на його поверхні виникають високі "гори" і глибокі "каньйони". Так що динамічно мінливий рельєф може бути і у самої глибинної кордону між земними оболонками.