Около 30 лет ученые знают об областях континентального размера во внутренней части Земли, расположенных на глубине почти 3 тысячи километров. Эти участки стали предметом обширных исследований, и было выдвинуто много идей, объясняющих, что они из себя представляют. Наконец, геологи доказали, что эти особенности недр могут состоять из древних фрагментов земной коры, которые опустились на тысячи километров, почти до самого ядра нашей планеты. Выводы ученых представлены в журнале Nature.
Большая часть земной коры состоит из породы, называемой базальтом. На стыках литосферных плит высокое давление заставляет его опускаться в недра Земли. По мере того, как эти базальтовые породы перемещаются вглубь, они подвергаются воздействию более высоких давлений и температур и вступают в различные реакции. Одним из результатов этих реакций является производство перовскита силиката кальция (Ca-Pv), который считается третьим по распространенности минералом в мантии Земли на глубинах свыше 660 километров.
Знания о мантии нашей планеты до сих пор были ограничены трудностью изучения Ca-Pv. «Это технически сложно, поскольку этот минерал невоспроизводим при обычных условиях, поэтому для изучения любых его свойств вы должны обеспечить условия недр Земли, где он стабилен: давление более 100 000 атмосфер и температуру выше 1000 градусов Цельсия», – объясняет Эндрю Томсон, ведущий автор исследования из Университетского колледжа Лондона (Великобритания).
Чтобы выполнить измерения, международная группа исследователей провела эксперименты на инструменте Large Volume Press европейского синхротрона ESRF, предназначенном для определения физических характеристик материалов в условиях высокого давления и температуры.
«Large Volume Press в ESRF является уникальным для Европы инструментом, на котором мы можем собирать дифракционные данные в режиме реального времени при условиях давления и температуры, соответствующих внутренней части Земли», – добавил Уилсон Крайтон, ученый проекта Large Volume Press.
Помимо сбора рентгеновских изображений и измерения кристаллической структуры Ca-Pv, команда также измерила время, необходимое для прохождения ультразвуковых волн через образцы при различных сочетаниях давления и температуры. Это позволило им определить структуру, плотность, скорости прохождения волн и упругие свойства Ca-Pv в условиях земных недр. Интересно, что свойства Ca-Pv отличались от ожидаемых, но позволили ученым интерпретировать некоторые противоречивые идеи глубокой Земли.
«Наши результаты показывают, что субдуцированная океаническая кора отображается аномалиями по всей нижней мантии. В частности, мы установили, что крупные, размером с континент, области аномально низкой скорости прохождения волн, видимые на глубине более 2500 километров под поверхностью Земли, объясняются районами с умеренным включением переработанной океанической коры. Мы также наблюдали кристаллографические фазовые переходы в Ca-Pv, которые объясняют и загадочные разрывы сейсмических волн, наблюдаемые на глубине 800–1200 километров», – заключили авторы исследования.
