Вчені з ETH Zurich відкрили процес у надрах Землі, що впливає на виверження вулканів

На глибині близько 2 700 кілометрів під поверхнею Землі тверда порода може текти, наче розплавлений віск — до такого висновку дійшли вчені, які вперше змогли лабораторно відтворити умови глибокої мантії планети.

Регіон, де це відбувається, відомий як “шар D″ — зона на межі ядра і мантії, де сейсмічні хвилі несподівано пришвидшуються. Досі це явище залишалося малозрозумілим. Команда під керівництвом Мотохіко Муракамі з ETH Zurich з’ясувала, що причиною є потік твердої породи, складеної з мінералу постперовськіту, який в певних умовах починає поводитися як надзвичайно в’язка речовина.

Постперовськіт — фаза, яка утворюється з перовськіту під високим тиском. Якщо його кристали шикуються паралельно один до одного, порода стає особливо жорсткою в певному напрямку, що пояснює збільшення швидкості сейсмічних хвиль. У лабораторії дослідники нагрівали мікроскопічні зразки магнієвого германату до температури понад 1 000°C та стискали їх до тиску понад 100 гігапаскалів — у 12 разів вищого, ніж на дні Маріанської западини.

Ці умови змусили зразки поступово деформуватися і “текти” у твердій фазі — так само, як це відбувається в мантії Землі. Брилюенівська спектроскопія показала, що швидкість зсуву в кристалізованому зразку зросла на 7 % порівняно з хаотичною структурою. Це співпадає з даними глобальної сейсмології, які фіксують такі ж стрибки швидкості в шарі D″.

Постійне повільне зміщення твердих мас у глибині планети відіграє ключову роль у кругообігу тепла між ядром і поверхнею. Впорядкована структура постперовськіту утворює “конвеєр”, що водночас транспортує тепло і впливає на формування гарячих мантійних плюмів, які живлять вулкани. Це також може пояснювати, чому вулканічні гарячі точки на поверхні часто не збігаються з передбачуваним розташуванням їх джерел у глибині.

Результати дослідження змушують по-новому подивитися на динаміку плит і вулканічну активність. Якщо глибинна текстура змінюється з часом, вона потенційно здатна впливати на рух тектонічних плит або навіть на тривалість існування вулканічних дуг. Таким чином, рух твердої мантії може бути прихованим механізмом, який керує еволюцією поверхні Землі у масштабах десятків мільйонів років.