Геонауки
Геонауки

Геологи зафіксували океанічну кору в мантії Землі

Науковці дослідили мантію поблизу межі Тихоокеанської літосферної плити, поєднавши аналіз відбитих хвиль, утворених під час фонових вібрацій, а також моделювання фізики мінералів. У статті в журналі Nature Communications вони повідомляють, що зафіксували океанічну кору на дні перехідної зони мантії.

C. Lunau, SPL / Cosmos

C. Lunau, SPL / Cosmos

Що відбувається з літосферними плитами, коли вони занурюються у мантію?

Циркуляція мантії сприяє руху літосферних плит, у зонах субдукції океанічні плити занурюються у мантію. Цей процес відіграє вирішальну роль у хімічному розвитку Землі. Океанічна кора, яка відрізняється від мантії за ізотопним та хімічним підписом, формує неоднорідності в мантії. Однак поведінка компонента океанічної кори під час субдукції в перехідній зоні мантії погано визначена. Ця зона розташована на глибині у діапазоні між 410 і 660 кілометрів та відіграє фундаментальну роль в динаміці мантії й циркуляції матеріалів. Занурені плити зустрічають значний опір на глибині в 660 кілометрів, і лише частина із них може безпосередньо проникати глибше, у нижню мантію. Вважається, що в основі транзитної зони відбувається сегрегація океанічної кори та нижчих виснажених компонентів, і після цього відокремлена океанічна кора може бути гравітаційно захоплена на дні транзитної зони.

Яке дослідження провели вчені?

Науковці зосередилися на регіоні у Східній Азії поблизу Тихоокеанської плити. Вони проаналізували сейсмічні хвилі, відбиті від регіонів завглибшки від 410 до 660 кілометрів. Ці хвилі утворювали не землетруси, а фонові вібрації, тож метод дозволяє не прив’язуватися до подій великих землетрусів і сейсмічних станцій, що їх зафіксували. Також у своїй роботі вчені дослідили залежність профілей швидкості хвиль від складу мантії, у якій вони поширювалися. Зокрема, перевірили кілька композицій з різними пропорціями піролітів, гарцбургіту та базальту з серединно-океанічних хребтів.

Сейсмічні станції, задіяні у дослідженні. Jikun Feng et al.

Сейсмічні станції, задіяні у дослідженні. Jikun Feng et al.

Про що вони дізналися?

Виявилося, що регіональна мантія складається в основному з піролітів, а безпосередньо перед стоячою тихоокеанською плитою існує локалізоване накопичення базальту з серединно-океанічних хребтів. Дані фізики мінералів демонструють, що цей базальт має вищу густину, ніж звичайна піролітична верхня мантія та перехідна зона, але меншу густину в нижній частині перехідної зони. Таким чином, сегрегована океанічна кора може бути гравітаційно захоплена на дні перехідної зони мантії.

Доля океанічних плит після занурення у мантію може залежати від стилю субдукції. Частина з них безпосередньо проникає крізь перехідну зону і занурюється в нижню мантію. Для цих плит сегрегація океанічної кори та нижчих виснажених компонентів є важчим процесом через високу в'язкість та швидке проникнення плити. Такі плити можуть зазнати сегрегації нижче, над межею ядра та мантії, і накопичуватися на дні мантії або захоплюватися шлейфами висхідного потоку. Однак іншим плитам, які пережили субдукцію, таким як Тихоокеанська плита під східною Азією, потрапити нижче заважає бар'єр на глибині 660 кілометрів, де вони горизонтально розподіляються. Після тривалого застою в межах перехідної зони мантії ці плити нагріваються, зменшують свою в’язкість і можуть зазнати сегрегації складу. Дослідники роблять висновок, що такі застійні плити, скоріш за все, є тимчасовими особливостями, а залишки океанічної мантійної літосфери врешті решт можуть остаточно зануритися в нижню мантію.