Звуковые волны раскрыли самую глубокую тайну Земли

Ученые использовали звуковые волны, чтобы определить состав внутренней мантии Земли, при этом исследователям удалось понять загадку недостающего кремния в составе планеты

В новом исследовании, которое возглавил доктор Мотохико Мураками из университета Японии Тохоку, было обнаружено, что 93 процента нижней мантии Земли составляет минерал силикат-перовскиита.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, отвечают на вопрос, который не позволял ученым создать «правильную» модель состава Земли в течение многих лет.

За основу при создании этих моделей ученые брали состав хондритовых метеоритов, которые, как полагают, сформировались в том же регионе, что и Земля, более четырех миллиардов лет назад.

Однако доступные для изучения образцы верхней мантии, которые приблизились к поверхности главным образом посредством тектонической или вулканической активности, показывают, что в составе Земли кремния значительно меньше, чем в хондритовых метеоритах.


Исследование образцов верхней мантии показывало, что в составе Земли значительно меньше кремния, чем в составе хондритовых метеоритов (фото abc.net.au)

Использование звуковых волн

Чтобы попытаться решить проблему, Мураками и его коллеги выполнили ряд лабораторных экспериментов, в ходе которых они воссоздавали среду нижней мантии.

Они пропускали звуковые волны через различные минералы в условиях плотностей, давлений и температур, потенциально соответствующих условиям, которые обнаруживаются на расстоянии 660 километров ниже поверхности.

После сравнения результатов с сейсмическими данными, ученые пришли к заключению, что нижняя мантия значительно более обогащена кремнием, чем верхняя мантия.

Мураками и его коллеги говорят, что их новые данные совместимы с хондритовой моделью Земли.

Их результаты также указывают на то, что между нижней и верхней мантией движение пассивно и замедленно. Исследователи предполагают, что это, возможно, было вызвано фракционной кристаллизацией океана магмы, распространяющейся в нижнюю мантию в ранней истории Земли.

Мураками и его коллеги пришли к заключению, что эта исконная химическая стратификация, возможно, сохранилась практически неизменной до настоящего момента.

Новый взгляд

Один из соавторов статьи, описывающей исследование в Nature, профессор Иен Джексон из Австралийского национального университета, говорит, что работа Мураками и его коллег дает начало новому представлению вопроса.

Но он предупреждает, что на этом история вряд ли будет закончена.

«Неизбежно в такого рода новаторской работе есть еще несколько технических вопросов, которые должны быть решены, - говорит Джексон. – Эксперименты, которые проводили исследователи из университета Тохоку, проводились в условиях чрезвычайных давлений - больше чем в миллион атмосфер – и, таким образом, проблема калибровки давления становится ключевым фактором».

«Теперь необходимо продолжить исследование, чтобы повысить точность экспериментов. Необходимо максимально приблизить давления и температуры к реальным условиям в нижней мантии, вместо того чтобы просто взять экстремальные показатели. А для этого нужно найти способ получить точные данные с нижней мантии, - говорит Джексон. – Один из следующих этапов исследования также будет вовлекать новое компьютерное моделирование свойств минералов. Это - надежный способ оценить поведение скалистых пород в чрезвычайных условиях».

Джексон говорит, что все еще существует возможность того, что вся хондритовая модель Земли окажется неправильной.

Некоторые ученые полагают, что в период движения планет, известный как планетарное перемещение, во время раннего формирования Солнечной системы, могло иметь место смещение распределения и смешение астероидов и метеоров.