Исследователи из CU Boulder сообщают, что они, возможно, разгадали геофизическую загадку, установив вероятную причину явления, напоминающего гаечный ключ в двигателе планеты.
В исследовании, опубликованном сегодня в Nature Geoscience, команда исследовала физику «застойных плит». Эти геофизические странности образуются, когда огромные куски океанических плит Земли заталкиваются глубоко под землю по краям некоторых континентальных плит. Куски погружаются в недра планеты на сотни миль, пока внезапно - по причинам, которые ученые не могут объяснить - останавливаются, как заглохшая машина.
Однако Вэй Мао и Шицзе Чжун из CU Boulder, возможно, нашли причину этой остановки. Используя компьютерное моделирование, исследователи изучили серию застойных плит в Тихом океане недалеко от Японии и Филиппин. Они обнаружили, что эти холодные породы, кажется, скользят по тонкому слою непрочного материала, лежащего на границе верхней и нижней мантии планеты - примерно в 660 километрах или 410 милях от поверхности.
И остановка, скорее всего, временная: «Хотя мы видим, что эти плиты застаиваются, это довольно недавнее явление, вероятно, произошедшее за последние 20 миллионов лет», - сказал Чжун, соавтор нового исследования и профессор физического факультета Калифорнийского университета в Боулдере.
Находки имеют значение для тектоники и вулканизма на поверхности Земли. Чжун объяснил, что мантия планеты, которая находится над ядром, генерирует огромное количество тепла. Чтобы охладить земной шар, более горячие породы поднимаются сквозь мантию, а более холодные опускаются.
«Вы можете думать об этой мантийной конвекции как о большом двигателе, который приводит в движение все, что мы видим на поверхности Земли: землетрясения, горообразование, тектонику плит, вулканы и даже магнитное поле Земли», - сказал Чжун.
Существование застойных плит, которые геофизики впервые обнаружили около десяти лет назад, усложняет эту метафору, предполагая, что двигатель Земли может остановиться в некоторых областях. Это, в свою очередь, может изменить то, как ученые думают, что различные объекты, такие как бурлящие вулканы Восточной Азии, формируются в течение геологического времени.
Ученые в основном находили такие плиты в западной части Тихого океана, особенно у восточного побережья Японии и глубоко под Марианской впадиной. Они встречаются в местах зон субдукции, или областей, где океанические плиты на поверхности планеты погружаются на сотни миль под землю.
Плиты, обнаруженные на аналогичных участках недалеко от Северной и Южной Америки, ведут себя так, как могут ожидать геофизики: они погружаются через верхнюю мантию Земли в нижнюю мантию, где нагреваются около ядра.
Но в Азии «они просто не падают», сказал Чжун. Вместо этого плиты простираются горизонтально вблизи границы между верхней и нижней мантией, точки, в которой тепло и давление внутри Земли заставляют минералы переходить из одной фазы в другую.
Чтобы выяснить, почему плиты застаиваются, Чжун и Мао, аспирант по физике, разработали реалистичные модели того, как энергия и горная порода циркулируют вокруг всей планеты.
Они обнаружили, что единственным способом объяснить поведение застойных плит было то, что между двумя половинами мантии был зажат тонкий слой менее вязкой породы. Хотя никто непосредственно не наблюдал такой слой, исследователи предсказали его существование, изучая влияние тепла и давления на породу.
Если это так, то такой слой будет действовать как жирная лужа посреди планеты. «Если вы создадите слабый слой на такой глубине, то пониженная вязкость каким-то образом поможет смазать область», - сказал Чжун.«Плиты отклоняются и могут двигаться по горизонтали на большое расстояние».
Застойные плиты, кажется, встречаются у побережья Азии, но не Америки, потому что движение континентов наверху дает этим кускам породы больше места для скольжения. Чжун, однако, сказал, что он не думает, что плиты застрянут. Он подозревает, что со временем они прорвутся через скользкую часть мантии и продолжат свое погружение к ядру планеты.
Планета, другими словами, по-прежнему будет вести себя как двигатель, только с несколькими липкими точками. «Новые исследования показывают, что эта история может быть более сложной, чем мы думали ранее», - сказал Чжун.