Дълбоко под повърхността на Земята се намират две гигантски структури с мистериозен произход. Сега сеизмолозите откриха нови сведения за техния състав, които могат да променят разбирането ни за геологията на цялата планета.

През 80-те години на миналия век сеизмичните данни разкриват двете колосални, с размерите на континент, петна от материал в земната мантия, на хиляди километри под Тихия океан и континента Африка.

Ново проучване на изследователи от Нидерландия и САЩ разглежда структурите по-подробно. В допълнение към измерването на промените в скоростта на сеизмичните вълни, върху което са се фокусирали предишни изследвания, екипът разглежда колко енергия губят тези вълни при преминаването си през въпросните гигантски структури.

За тяхна изненада те откриват, че сеизмичните вълни губят много малко енергия. Това има няколко важни последици: първо, минералите в тях са съставени от по-големи „зърна“, отколкото се очакваше. Това означава, че структурите са стари и стабилни, което от своя страна предполага, че мантията не се раздвижва толкова много, колкото ни карат да вярваме учебниците по геология.

Хиляди километри скали затрудняват проникването във вътрешността на Земята, но вместо това учените могат да я изследват чрез звук. Големите земетресения карат планетата да резонира като гигантска камбана, изпращайки сеизмични вълни, които я разтърсват. Детектори по света могат да уловят тези сигнали и да разкрият скрити структури.

Например сеизмичните вълни преминават през различни материали с различна скорост, така че измерването на тяхното ускоряване и забавяне показва на учените от какво са изградени различните региони и слоеве.

По този начин преди десетилетия за първи път са идентифицирани големите странни петна. Наблюдава се, че сеизмичните вълни се забавят драстично в тези области, което им спечелва неудобното научно име Large Low Seismic Velocity Provinces (LLSVPs). Това показва, че регионите са много по-горещи от заобикалящата ги мантия.

„Тези два големи острова са заобиколени от гробище на тектонични плочи, които са били пренесени там чрез процес, наречен „субдукция“, при който една тектонична плоча се потапя под друга и потъва по целия път от повърхността на Земята до дълбочина от почти 3000 км“, казва старшият автор Арвен Доус, сеизмолог от Университета в Утрехт, Нидерландия.

Но скоростта на сеизмичните вълни може да обрисува само част от картината. Тези LLSVP могат да бъдат краткотрайни топлинни аномалии или да са по-дълготрайни буци с различен състав.

За да разбере това, екипът използва данни за колебанията на цялата Земя от 104 минали земетресения и създава подробен 3D модел на горната и долната мантия. По-конкретно, те включват данни за затихването на вълните - колко енергия губят при преминаването си през различни региони.

За тяхна изненада се оказва, че LLSVP имат много слабо затихване в сравнение с плочите в близкото гробище. Това подсказва, че LLSVP не са не само температурни, но и съставни аномалии. Ключът може да е в размера на минералните зърна, които изграждат материала.

„Субдуциращите се тектонски плочи, които се оказват в гробището, се състоят от малки зърна, тъй като те рекристализират по време на пътуването си дълбоко в Земята“, казва Дюс.

„Малкият размер на зърната означава по-голям брой зърна, а следователно и по-голям брой граници между зърната. Поради големия брой граници между зърната в гробището на плочите откриваме по-голямо затихване, тъй като вълните губят енергия при всяка граница, която пресичат. Фактът, че LLSVP показват много малко затихване, означава, че те трябва да се състоят от много по-големи зърна.“

Една от водещите теории за произхода на LLSVP е, че те също са парчета от стари тектонични плочи, като се има предвид близостта им до така нареченото гробище. Но разликите в размера на зърната и температурата предполагат друго.

Това би могло да придаде тежест на друга теория: че LLSVP са останки от древна протопланета, която се е сблъскала с ранната Земя преди около 4,5 милиарда години и е образувала Луната.

Каквито и да са те, тяхната твърдост предполага, че мантията не е толкова добре смесена, както се смяташе досега.

„В края на краищата, LLSVP трябва да могат да оцелеят при конвекция на мантията по един или друг начин“, казва сеизмологът от Утрехт и първи автор Сужания Талавера-Соза.

Изследването е публикувано в списание Nature.

Източник: Science Alert