В отличие от плакатов, которые вы, возможно, видели висящими на стенах научных зданий и классов, Лицзюнь Лю, профессор геологии в Иллинойсе, знает, что внутренняя часть Земли не похожа на луковицу.
В то время как в большинстве учебников внешняя поверхность Земли представлена как земная кора, следующий внутренний уровень - как мантия, а затем самый внутренний слой - как ядро, Лю сказал, что реальность не так однозначна.
"Это не просто слои, потому что внутренняя часть Земли не является стационарной", - сказал Лю.
На самом деле, под нашими ногами происходит тектоническая активность, о которой знали многие ученые, но Лю и его команда создали компьютерную модель, чтобы помочь лучше объяснить ее - модель настолько эффективна, что исследователи считают, что она может предсказать, где произойдут землетрясения и извержения вулканов.
Используя эту модель, Лю вместе с докторантом Цзяшуном Ху и Мануэле Фачсенда из Падуанского университета в Италии недавно опубликовали исследовательскую статью в журнале Earth and Planetary Science Letters, посвященную глубокой мантии и его связь с тектоникой плит.
«Хорошо известно, что эволюция Земли управляется тектоникой плит, но как именно работает этот процесс, не совсем ясно», - сказал он.
Лю и Ху специально изучили континент Южной Америки, чтобы определить, какие тектонические факторы способствуют деформации или эволюции мантии.
Чтобы ответить на этот вопрос, команда создала Лю сказал. «Мы пытаемся создать модель системы, которая одновременно удовлетворяет всем имеющимся у нас наблюдениям. Тогда мы сможем лучше понять динамические процессы эволюции Земли».
В то время как существует много споров о том, как движется внутренняя эволюция Земли, модель, созданная командой, кажется, нашла ответ, который лучше соответствует имеющимся наблюдениям и лежащей в основе физике. Команда обнаружила, что погружающаяся плита - часть океанической плиты, которая скользит под континентальную плиту - является доминирующей движущей силой деформации мантии.
По существу, активная субдукция плиты определяет большинство других процессов, происходящих как часть цепной реакции. «Результат меняет правила игры. Движущая сила течения мантии на самом деле проще, чем думали люди», - сказал Лю. «Это самое прямое следствие тектоники плит. Когда плита погружается, она естественным образом контролирует все, что ее окружает. В каком-то смысле это элегантно, потому что просто."
Понимая этот механизм эволюции Земли, команда может делать более точные прогнозы относительно движения мантии и литосферы или земной коры.
Затем команда оценила прогнозы модели, используя другие данные. Ху, ведущий автор статьи, сказал, что при сравнении предсказаний с тектонической активностью, такой как образование гор и вулканов, обнаруживается четкая согласованность.
"Мы думаем, что наша история верна", - сказал Ху.
Следовательно, модель также дает интересное представление об эволюции континентов еще в юрский период, когда динозавры бродили по Земле на Пангее, единственном континенте в то время. Это все еще текущее исследование команды.
Лю сказал, что в отдельной статье, в которой используется то же моделирование, опубликованном Лю и Ху в Earth and Planetary Science Letters в 2016 году, модель предоставила точный прогноз того, почему землетрясения происходят в определенных местах ниже Южной Америки. Он объяснил, что землетрясения неравномерно распределены внутри погружающейся плиты, а это означает, что потенциально существуют области, где землетрясение может произойти с большей или меньшей вероятностью.
«Мы обнаружили, что всякий раз, когда вы видите отсутствие землетрясений в регионе, это соответствует дыре в плите», - сказал Лю. «Из-за отсутствия плиты в отверстии невозможно вызвать землетрясения, поэтому мы можем знать, где произойдет больше землетрясений».
Модель также объяснила, почему некоторые вулканы могут существовать дальше от суши и иметь разный состав, несмотря на распространенное мнение, что вулканы должны существовать исключительно вдоль побережья из-за того, что вода стекает с опускающейся плиты. Как помогает объяснить модель, вулкан может образоваться внутри суши, если плита погружается под меньшим углом, а отверстие в неглубокой плите позволяет образоваться магме особого типа путем плавления коры.
«В конечном итоге эта модель обеспечит многообещающий способ решения вопроса о том, как и почему континенты движутся именно так, как они это делают», - сказал Лю. «Ответ должен зависеть от того, что делает мантия. Это способ лучше понять эволюцию Земли».
В настоящее время команда расширяет модель для анализа всего земного шара.
"Мы с нетерпением ждем новых интересных результатов", - сказал Лю.