Железное сердце Гавайев: в глубинах Земли нашли «якорь» для вулканов
Глубоко под Гавайскими островами обнаружена массивная аномалия — так называемая мегазона сверхнизких скоростей. Новое исследование показывает, что она, вероятно, состоит из твёрдой, богатой железом породы.
Эта гигантская структура может служить «якорем» для Гавайского горячего пятна — области, где раскалённый материал поднимается через мантию и вызывает вулканическую активность, создавшую Гавайские острова.
«Поскольку это богатый железом материал, он обладает большей электропроводностью, что способствует теплопередаче. Фактически это помогает удерживать мантийный плюм, позволяя ему существовать дольше», — пояснил Дойон Ким, сейсмолог из Имперского колледжа Лондона и ведущий автор нового исследования, опубликованного 28 января в журнале Science Advances.
Зоны сверхнизких скоростей (ULVZ) — это гигантские скопления материала у границы мантии и ядра, примерно в 2900 километрах под поверхностью Земли. Они получили своё название из-за того, что сейсмические волны от землетрясений в этих областях резко замедляются. Мегазоны — крупнейшие из таких образований, часто простирающиеся на сотни километров. Их часто находят вблизи вулканических горячих точек, таких как Гавайи, Исландия и Маркизские острова в южной части Тихого океана.
«Фактически они представляют собой одно из наших немногих прямых «окон» в состав и динамику глубин Земли», — отметил Ким в интервью Live Science.
Поскольку эти структуры находятся так глубоко, учёные обычно изучают их с помощью компрессионных волн (P-волн), генерируемых землетрясениями. Но эти волны давления дают ограниченную информацию. Поэтому Ким и его коллеги использовали разработанный ими в 2020 году метод, который также учитывает сдвиговые волны (S-волны), создающие вертикальное движение. Комбинируя данные обоих типов волн и моделируя породы и минералы, которые могут им соответствовать, исследователи смогли лучше понять причины замедления волн в этих зонах.
Они выяснили, что мегазона под Гавайями, вероятно, состоит из богатой железом твёрдой породы. Это в значительной степени опровергает конкурирующую гипотезу, предполагавшую, что область может быть сильно расплавленной.
Обладая этой информацией, «мы можем задуматься о её происхождении», — сказал Ким. «Это может быть реликт самой ранней эволюции Земли, в частности, кристаллизация базальтового магматического океана или перекристаллизованный расплав от прошлого плавления мантии».
Не все мегазоны могут быть одинаковыми, добавил Ким. Некоторые могли образоваться из-за субдукции богатой водой океанической коры глубоко в мантию. Возможно, в других участвует материал самого ядра. Подход, использованный в новой работе, может помочь дифференцировать эти типы зон по всему миру, а также пролить свет на то, как вообще формируются планеты.
«Сначала мы должны чётко понять, что происходит на Земле, чтобы полностью понять, что происходит на других планетах», — заключил он.
Это открытие кардинально меняет представления о «двигателе» внутрипланетных процессов. Твёрдое, богатое железом образование действует как гигантский тепловой концентратор и структурный стабилизатор для мантийного плюма. Оно объясняет необычайную долговечность Гавайской горячей точки, которая активно извергается десятки миллионов лет, оставаясь практически неподвижной относительно движущейся над ней тектонической плиты. Такие «якоря» могут быть ключом к пониманию долгоживущего вулканизма и на других планетах, например, в виде вулканических провинций на Марсе или Венере.
Кроме того, обнаружение подобных структур открывает новые возможности для изучения эволюции ранней Земли. Их состав может быть «капсулой времени», сохранившей химические особенности протопланетного вещества или следы процессов, происходивших при формировании ядра. В будущем сравнение мегазон под разными горячими точками позволит составить карту химической неоднородности самой глубокой мантии и лучше понять глобальную систему мантийной конвекции, которая управляет тектоникой плит и магнитным полем Земли.
