Ученые заглянули вглубь Земли: увиденное поразило их

Пока одни исследователи успешно изучают дальний космос, другие пытаются понять, что скрывает непроницаемая поверхность нашей планеты. В новой работе геофизики воспользовались вычислительными возможностями суперкомпьютера и обнаружили то, чего никак не ожидали увидеть.

Куда плывут континенты

Твердая поверхность Земли — литосфера — разделена на гигантские плиты, которые пребывают в постоянном движении. Из-за этого происходит дрейф континентов — с периодичностью в 400-600 миллионов лет массивы суши собираются воедино, а затем вновь расходятся. Сейчас Земля в середине цикла: Атлантический океан расширяется на несколько сантиметров в год, а Тихий, напротив, становится меньше и однажды исчезнет совсем. Азия сольется с Америкой, к ним примкнут Австралия и Антарктида.

Толщина плит неоднородна. У континентальной коры она в среднем около 40 километров, у океанской — всего шесть-семь. На стыке более тонкая плита "подныривает" под массивную и плавится в мантии. Место, где это происходит, называется зоной субдукции. Самый известный пример такой линии — Тихоокеанское огненное кольцо, полоса вулканической активности, которая проходит в том числе через Гавайи, Камчатку и Калифорнию.

В новой работе геологи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха вместе с коллегами из Калифорнийского технологического института решили заглянуть под литосферные плиты, чтобы изучить состав мантии Земли.

Планета в "кабинете УЗИ"

Сделать это напрямую невозможно: нельзя пробурить кору насквозь, чтобы взять образцы или измерить температуру и давление расплавленного вещества. Единственные доступные методы исследований — косвенные. Например, измеряют скорость распространения сейсмических волн, возникающих в результате землетрясений. Этот показатель зависит от плотности и других качеств материала, через который проходят колебания. Ученые получают нечто вроде снимка УЗИ, на котором отображается внутренняя структура планеты. Видны в том числе части океанских тектонических плит, погруженные в мантию в результате столкновения с мощной континентальной корой в зоне субдукции.

До сих пор подобные исследования не приносили сюрпризов — погруженные части находились именно там, где их ожидали увидеть. Однако раньше, как правило, изучали один тип сейсмической волны. В новой же работе авторы совместили данные всех известных типов волн. Это огромный объем информации, и для его обработки использовали швейцарский суперкомпьютер Piz Daint.

Такой подход позволил выявить многочисленные массивы, похожие на погруженные части литосферных плит. Вот только многие из них обнаружились в неожиданных местах.

"Артерия в ягодице"

Загадочную структуру заметили, например, под западной частью Тихого океана, где, насколько известно, в недавней геологической истории Земли не существовало зон субдукции.

"Благодаря новой модели высокого разрешения мы можем видеть такие аномалии повсюду в мантии Земли. Но мы не знаем точно, что это такое и из какого материала состоит", — говорит Томас Схоутен, первый автор и докторант Геологического института Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

Его коллега — профессор Андреас Фихтнер приводит сравнение: "Это как если бы врач УЗИ получил усовершенствованный инструмент для исследований и внезапно для себя нашел бы артерию в ягодице, где ее быть не должно".

Пока ученым остается только гадать, что именно они увидели. По одной из версий, это не остатки субдуцированных плит, а древний материал, богатый кремнием, сохранившийся в мантии с момента ее образования — то есть около четырех миллиардов лет назад. По другой — сгустки насыщенной железом породы, которая накапливается в одном месте в результате движения расплавленного вещества. Специалисты признают, что для ответа на вопрос нужны дополнительные данные и, скорее всего, новые методы исследований.