Сейсмический сдвиг

Автор: Копенгагенский университет, факультет здравоохранения и медицинских наук, 31 июля 2023 г.

Обилие воды, жизнь и уникальная тектоника плит Земли сформировали ее историю, однако новое исследование предполагает, что тектоника плит может быть недавним явлением, поскольку мантия ранее расслаивалась и, возможно, скрывала нетронутый первичный материал.

Земля поистине уникальна среди планет Солнечной системы. Он имеет обширные водные океаны и изобилие жизни. Однако самобытность Земли выходит за рамки ее биоразнообразия и океанов — это единственная планета в нашей Солнечной системе, на которой наблюдается явление тектоники плит — процесс, присущий формированию ее геологической структуры, климата и, возможно, развитию самой жизни. .

Термин «тектоника плит» означает динамическое движение и сложное взаимодействие тектонических плит в земной коре. Эти тектонические плиты приводятся в движение кропотливо медленным, но постоянным потоком мантии Земли, называемым конвекцией. Этот процесс переносит тепло от внутреннего ядра к поверхности нашей планеты.

Исследователи полагают, что конвекция в мантии, начавшаяся вскоре после образования Земли 4,5 миллиарда лет назад, происходит в масштабах всей мантии. Итак, когда плиты сталкиваются на поверхности Земли, одна из них уступает дорогу и погружается в горячую мантию и оказывается на своего рода кладбище плит на вершине металлического ядра Земли.

Однако новое исследование Копенгагенского университета, опубликованное в журнале Nature, предполагает, что этот тип тектоники плит может быть более поздней особенностью геологической истории Земли.

«Наши новые результаты показывают, что на протяжении большей части истории Земли конвекция в мантии была разделена на два отдельных слоя, а именно верхнюю и нижнюю области мантии, которые были изолированы друг от друга», — говорит Чжэнбин Дэн, бывший доцент Копенгагенского университета и первый автор нового исследования.

Переход между верхней и нижней мантией происходит примерно на глубине 660 км под поверхностью Земли. На этой глубине некоторые минералы претерпевают фазовый переход. Дэн и его коллеги полагают, что этот фазовый переход может быть причиной того, что области верхней и нижней мантии остались в основном изолированными.

«Наши результаты показывают, что в прошлом переработка и смешивание субдуцированных плит с мантией ограничивалось верхней мантией, где наблюдается сильная конвекция. Это сильно отличается от того, как мы думаем, что тектоника плит происходит сегодня, когда субдуцирующие плиты опускаются в нижнюю часть мантии», — говорит доцент Мартин Шиллер, который также стоит за новым исследованием.

Чтобы прийти к своим выводам, ученые разработали новый метод сверхточного измерения изотопного состава элемента титана в различных горных породах. Изотопы — это версии одного и того же элемента, имеющие немного разную массу. Изотопный состав титана изменяется при образовании земной коры. Это делает изотопы титана полезными для отслеживания того, как поверхностный материал, такой как кора, перерабатывается в мантии Земли в течение геологического времени. Используя эту новую технику, они определили состав мантийных пород, образовавшихся 3,8 миллиарда лет назад, вплоть до современных лав.

Если переработка и смешивание тектонических плит были ограничены верхней мантией, как постулируется в новом исследовании, это означает, что нижняя мантия могла содержать нетронутый первичный материал. Понятие первичной мантии относится к резервуару мантийного материала, который остался относительно неизменным и сохранился с ранних этапов формирования Земли, около 4,5 миллиардов лет назад.

Идея о том, что в глубинах Земли существует первичный резервуар, не нова и была выдвинута на основе изотопного состава редких газов, задержанных в лавах современных глубинных вулканов. Однако интерпретация этих данных неоднозначна, и некоторые предполагают, что этот изотопный сигнал исходит из ядра Земли, а не из глубокой мантии. Поскольку титан не присутствует в ядре Земли, он дает свежий взгляд на эту давнюю дискуссию.