Земля слоистая как лук: тонкая внешняя кора, толстая вязкая мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее ядро. Внутри мантии находятся две массивные каплевидные структуры, расположенные примерно на противоположных сторонах планеты. Эти капли, более официально называемые крупными низкоширотными провинциями (LLSVPs), размером как континент и в 100 раз выше Эвереста. Одна из них находится под Африканским континентом, а другая – под Тихим океаном.
Используя приборы для измерения сейсмических волн, ученые знают, что эти два пятна имеют сложную форму и структуру, но, несмотря на их выдающиеся особенности, мало что известно о том, почему эти пятна существуют или что привело к их странным формам.
Ученые из Университета штата Аризона Цянь Юань и Мингминг Ли из Школы изучения Земли и космоса решили узнать больше о двух каплях, используя геодинамическое моделирование и анализ опубликованных сейсмических исследований. В ходе анализа они смогли определить максимальную высоту, которой достигают капли, и то, как объем и плотность капель, а также окружающая вязкость в мантии могут контролировать их высоту. Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Результаты сейсмического анализа привели к удивительному открытию, что капля под Африканским континентом примерно на 621 милю (1000 км) выше, чем капля под Тихим океаном. По мнению Юаня и Ли, наилучшим объяснением огромной разницы в высоте между этими двумя пластами является то, что пласт под Африканским континентом менее плотный (и поэтому менее стабильный), чем под Тихим океаном.
Для своего исследования Юань и Ли разработали сотни моделей мантийной конвекции. Они всесторонне проверили влияние ключевых факторов, которые могут повлиять на высоту капель, включая объем капель и контрасты в плотности и вязкости капель по сравнению с окружающей средой. Оказалось, для объяснения большой разницы в высоте между двумя каплями, одна из них под Африканским континентом должна иметь меньшую плотность, чем капля под Тихим океаном, что указывает на то, что они могут иметь разный состав и эволюцию.
“Наши расчеты показывают, что начальный объем капель не влияет на их высоту, — рассказывает ведущий автор работы Юань. – Высота капель в основном зависит от их плотности и вязкости окружающей мантии”.
“Возможно, в последнее геологическое время происходило поднятие LLVP Африки, — добавил соавтор Ли. – Это может объяснить рельеф поверхности и интенсивный вулканизм в восточной части Африки”.
Эти результаты могут в корне изменить представления ученых о процессах в глубокой мантии и о том, как они могут влиять на поверхность Земли. Например, нестабильная природа сгустка под Африканским континентом может быть связана с континентальными изменениями в топографии, гравитации, поверхностном вулканизме и движении плит.
