Ученые из Швейцарии и Японии разгадали многолетнюю загадку таинственного слоя D», расположенного на глубине 2700 километров под поверхностью Земли. В этой зоне сейсмические волны неожиданно ускоряются, что десятилетиями озадачивало исследователей. Теперь стало ясно, что причина кроется в удивительном явлении — твердая порода на такой огромной глубине течет подобно жидкости. Работа опубликована в журнале Communications Earth & Environment.
Тайна слоя D» на глубине 2700 км под Землей после 50 лет исследований получила объяснение
Исследователи из Цюрихского технологического института и японских университетов разгадали 50-летнюю загадку слоя D» в недрах Земли. Они доказали, что твердая порода на глубине 2700 километров течет подобно жидкости. Это объясняет странное ускорение сейсмических волн в этой зоне.
Сразу над внешним ядром (коричневого цвета) находится слой D». Keystone/Science Photo Library/Carlos Clarivan
Внешнее ядро Земли представляет жидкий слой из расплавленного железа и никеля толщиной около 2300 километров, расположенный непосредственно под слоем D». Температура здесь достигает 4000-6000 градусов Цельсия. Конвекционные потоки в жидком внешнем ядре генерируют магнитное поле планеты, защищающее нас от космической радиации. Между внешним ядром и слоем D» происходит активный теплообмен, но химически они отделены.
Еще в 2004 году ученые обнаружили, что минерал перовскит при экстремальных давлениях и температурах превращается в новую форму — постперовскит. Однако этого оказалось недостаточно для объяснения ускорения сейсмических волн. Новое исследование показало, что ключевую роль играет ориентация кристаллов пост-перовскита: они должны быть выровнены в одном направлении.
Что происходит на глубине 2700 км
Вблизи ядра перовскит превращается в постперовскит
Команда исследователей воссоздала условия глубинных слоев Земли в лабораторных условиях и обнаружила, что выравнивание кристаллов пост-перовскита определяет твердость материала и, следовательно, скорость прохождения волн. Более того, они установили, что твердая порода над слоем D» может течь в конвекционных потоках, подобно кипящей воде. Это движение, вызванное сочетанием опускающегося холодного и поднимающегося горячего материала, и определяет выравнивание кристаллов.
Открытие имеет фундаментальное значение для понимания внутренней динамики Земли. Граница между мантией и ядром представляет собой зону кардинальных изменений плотности, состава и проводимости материалов, что делает ее критически важной для основных сил, управляющих нашей планетой. Эти процессы влияют на все — от вулканических извержений до магнитного поля Земли.
Конвекция над слоем D» контролирует выравнивание кристаллов
Исследование не только решает загадку слоя D», но и открывает новые возможности для изучения глубинной динамики планеты. Теперь ученые могут начать картографирование течений в самых глубоких недрах Земли, что поможет понять невидимый двигатель, приводящий в действие вулканы, тектонические плиты и, возможно, даже магнитное поле планеты.
«Мы наконец нашли последний кусочек головоломки», — говорит ведущий автор исследования Мотохико Мураками из Цюрихского технологического института. — «Наше открытие показывает, что Земля активна не только на поверхности, она находится в движении и на огромной глубине».