Спутники обнаружили загадочные изменения в ядре Земли
Группа ученых обнаружила колоссальную геологическую аномалию — масштабное и загадочное изменение, произошедшее на глубине почти 2900 километров, прямо на границе между мантией и ядром Земли. Это событие заметно изменило гравитационное поле планеты и было косвенно, но однозначно зафиксировано приборами на орбите.
Данное открытие, опубликованное в прошлом месяце в журнале Geophysical Research Letters, позволяет предположить, что структура горных пород в глубинах нижней мантии может динамически трансформироваться. Этот процесс способен иметь фундаментальные последствия для нашего понимания планетарной динамики, от причин крупных землетрясений до генерации магнитного поля, защищающего жизнь на поверхности.
Исследование, проведенное под руководством Шарлотт Гонье Гурантон из Городского университета Парижа и при заметном участии геофизика Изабель Панэ из Университета Гюстава Эйфеля, было сосредоточено на скрупулезном анализе данных, собранных спутниковой миссией GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Этот совместный проект США и Германии работал в период с 2002 по 2017 год.
Уникальная конфигурация двух спутников, летевших в строю на фиксированном расстоянии друг от друга, превратила их в беспрецедентно точный инструмент для измерения вариаций гравитационного поля Земли. Когда ведущий аппарат пролетал над областью с большей массой, например, горным хребтом или скоплением воды, его слегка сильнее притягивало, что изменяло расстояние до следующего за ним спутника. Это миллиметровое изменение можно было соотнести с изменениями гравитации.
Хотя основной целью миссии GRACE всегда было изучение перемещений водных масс на поверхности — мониторинг водоносных пластов, таяния ледников — команда Изабель Панэ поняла, что чувствительность системы позволяет отслеживать и гораздо более глубокие возмущения. Ранее геофизик уже использовала эти данные для выявления изменений на глубинах в сотни километров перед крупными землетрясениями. На этот раз амбиции были больше: спуститься к самой границе нижней мантии, области экстремальных давлений и температур, где горные породы встречаются с расплавленным внешним ядром.
Именно в этом анализе проявился аномальный сигнал, четкий и неоспоримый, который достиг пика примерно в 2007 году и чей эпицентр располагался в обширном регионе под Атлантическим океаном, у побережья Африки. Природа этого сигнала полностью исключала поверхностное происхождение, связанное с гидрологическим циклом. Гравитационное изменение, зафиксированное спутниками, можно было объяснить лишь перераспределением масс в глубинах твердой Земли. По словам Панэ, оно по крайней мере частично должно иметь происхождение внутри твердой Земли и должно исходить из очень глубоких слоев.
Глубина и расположение этого феномена позволили исследователям связать свое открытие с предыдущими наблюдениями. В том же регионе и в аналогичный временной период, около 2007 года, другие спутники, измеряющие магнитное поле Земли, зарегистрировали своеобразное геомагнитное возмущение. Пространственное и временное совпадение позволяет предположить, что оба события, гравитационное и магнитное, могут быть двумя сторонами одного глубокого геологического процесса.
Гипотеза, предложенная Панэ и её коллегами, выглядит смелой и последовательной. Они предполагают, что в породах у основания мантии, состоящих из таких минералов, как перовскит, произошла трансформация на атомном уровне. Под невообразимым давлением, царящим на этой глубине, кристаллическая структура этого минерала могла коллапсировать в более плотную конфигурацию — процесс, известный как фазовый переход. Эта минералогическая метаморфоза, по сути, локально увеличила бы плотность и, следовательно, массу значительной части нижней мантии.
Это внезапное увеличение массы у основания мантии вызвало бы перераспределение в соседних породах, эффект домино из движений, которые, распространяясь наружу, достигли бы и слегка деформировали топографию границы между мантией и ядром, возможно, на порядок около десяти сантиметров. Эта деформация, кажущаяся крошечной в планетарном масштабе, была бы достаточной для нарушения конвекционных потоков расплавленного железа, циркулирующего во внешнем ядре, ненадолго изменяя его движение и тем самым генерируя магнитную аномалию, зарегистрированную другими спутниками.
Исследователь настроена осторожно и подчеркивает, что эта элегантная гипотеза требует более глубокого изучения для подтверждения. Она предупреждает, что это явление ещё необходимо тщательно изучить. Тем не менее, для научного сообщества сам факт возможности наблюдать событие подобного рода представляет собой монументальный шаг вперед.
Сейсмолог Барбара Романович из Калифорнийского университета в Беркли описала открытие как крайне интригующее, отметив, что впервые у учёных появились убедительные свидетельства динамических процессов на границе ядра и мантии, происходящих в временных масштабах, достаточно быстрых для их изучения в реальном времени.
Команда не обнаружила каких-либо других гравитационных сигналов сопоставимой величины в данных GRACE после 2007 года. Однако мониторинг продолжается. Панэ и её коллеги теперь планируют пристально изучить измерения, предоставляемые спутниками-преемниками GRACE, в настоящее время находящимися на орбите, в надежде, что земные глубины вновь, в любой момент, предложат новую и ключевую подсказку о своей самой сокровенной деятельности.