Ученые нашли шесть таинственных структур глубоко под Землей: что о них известно

В глубинах Земли ученые обнаружили шесть областей с необычной структурой, которые ранее не были документированы. Они залегают примерно в 2900 км от поверхности, недалеко от границы мантии и ядра. Полученные результаты также указывают на то, что некоторые известные образования на такой глубине могут охватывать гораздо большие территории, чем показывали предыдущие исследования.

Об этом сообщило издание Science Alert.

Добраться до нижней части мантии бурением современные технологии не позволяют. Поэтому фактически одним из главных способов «заглянуть» внутрь планеты остаются сейсмические волны от землетрясений. Проходя сквозь разные слои Земли, они изменяют скорость и траекторию, а анализ этих изменений помогает ученым определять свойства вещества на огромной глубине.

В новом исследовании команда анализировала так называемые предшественники PKP — слабые сейсмические сигналы, образующиеся из-за взаимодействия волн с небольшими неоднородностями вблизи границы ядра и мантии. Встретив такие участки, волны рассеиваются и продолжают распространяться измененными путями.

Часть этих сигналов доходит до поверхности раньше, чем основная волна PKIKP. Именно эта особенность позволяет использовать их как своеобразные маркеры скрытых структур в самых глубоких частях мантии.

В то же время работать с предшественниками PKP сложно из-за слабости. Огромные массивы сейсмических данных содержат много других сигналов, поэтому специалистам в значительной степени приходилось самостоятельно просматривать записи и отделять нужные волны.

В этот раз ученые привлекли систему глубокого обучения, которая проработала более двух миллионов сейсмических записей. Данные охватывали почти 5000 землетрясений, зафиксированных в разных частях света с 1990 по 2024 год. Система сначала отбирала записи надлежащего качества, после чего искала среди них характерные предшественники PKP.

При этом исследователи не полагались только на результаты алгоритма. Они проверяли отобранные им сигналы, корректировали ошибки и возвращали уточненные данные в систему для дальнейшего обучения.

Такой подход позволил сформировать массив из 174929 высококачественных сигналов-предшественников PKP. По данным авторов работы, это более чем в десять раз превышает общее количество подобных наблюдений, собранных во всех предыдущих исследованиях.

Что скрывает нижняя часть мантии

Благодаря гораздо большему количеству сейсмических данных исследователи смогли построить комплексную глобальную карту неоднородностей вблизи нижней границы мантии.

Ее анализ изменил представление о масштабах некоторых известных структур. Образования, которые на более старых картах выглядели как разрозненные и хаотически расположенные участки, по новым данным могут быть частями более протяженных непрерывных поясов.

В то же время, команда обнаружила шесть областей с вероятными большими неоднородностями, которые ранее не фиксировали во время таких исследований. Особое внимание ученых привлекли районы под высокими широтами Евразии, Центральной Азии и Южной Атлантики. Именно они рассматриваются как перспективные цели для дальнейшего изучения.

Пока установить точное происхождение выявленных структур невозможно. Одно из предположений состоит в том, что они могут быть связаны с веществом, которое длительное время опускалось с поверхности планеты до глубокой мантии вследствие субдукции.

Предыдущие исследования свидетельствовали, что на таких глубинах могут накапливаться разные материалы — от континентальной и океанической коры и осадочных пород до примитивного мантийного вещества.

Вблизи ядра эти материалы попадают в среду с очень высокой температурой и давлением. Из-за этого они могут частично плавиться, изменять свою минеральную структуру или подвергаться химическому разделению. Такие процессы способны образовывать зоны, свойства которых заметно отличаются от остальной мантии.

Авторы работы предполагают, что зафиксированные мелкомасштабные неоднородности могут быть так называемыми термохимическими грудами. Их возникновение потенциально может быть результатом нескольких процессов: накопления остатков древних плит, частичного плавления вещества, минеральных превращений и взаимодействия с большими провинциями с низкой скоростью сдвига. В то же время это объяснение остается предположением.

Что открытие может рассказать о Земле

Изучение структур у границы мантии и ядра важно не только для понимания того, что находится на глубине почти 3000 км. Такие неоднородности могут быть связаны с перемещением вещества внутри мантии и температурой магмы под вулканическими районами и глубоководными океаническими хребтами.

Различные типы пород плавятся при разной температуре, поэтому процессы в глубокой мантии могут быть связаны с условиями формирования магмы и особенностями вулканической активности.

Кроме того, более подробная картина внутреннего строения планеты может помочь ученым лучше понять процессы формирования тектонических плит, а также явления в глубинах Земли, способные влиять на ее магнитное поле.

В настоящее время шесть обнаруженных областей определили как приоритетные для последующих исследований. Для создания более точных карт ученые предлагают объединить сейсмические данные более высокого разрешения с анализом различных типов волн.

Дальнейшее накопление таких наблюдений должно позволить более подробно воспроизвести строение самой низкой части мантии и приблизить ученых к пониманию процессов, происходящих на тысячи километров под поверхностью Земли.