Dvi neįprastai tankios Žemės mantijos sritys pasirodė esančios ankstyvosios planetos istorijos „atspaudai“

Viena iš keisčiausių mūsų planetos mįslių yra dviejų tankių, milžiniškų anomalijų, kurios neaišku kaip susikaupė virš Žemės branduolio, egzistavimas – vadinamosios didelės sritys su mažu poslinkio greičiu (LLSVPs). 

Mokslininkų sukurti nauji modeliai atskleidžia jų kilmę: dalis medžiagos galėjo ištekėti iš branduolio į mantiją, kai Žemė tik formavosi.

Apie tai rašo „Science Alert“, remdamasis Rutgerso universiteto Yoshinoori Miyazaki geodinaminio tyrimo rezultatais, paskelbtais „Nature Geoscience“.

Kas yra milžiniškos Žemės „grupės“ ir kodėl jos yra svarbios

Dvi milžiniškos LLSVP buvo aptiktos 1980-aisiais, remiantis seisminiais duomenimis, surinktais per žemės drebėjimus. Šios didelės sritys yra Žemės mantijos žemiausioje dalyje: viena po Afrika, kita po Ramiuoju vandenynu. 

Jie driekiasi aukštyn nuo branduolio ir mantijos ribos, esančios maždaug 2900 kilometrų žemiau planetos paviršiaus.

Seisminės bangos šias sritis kerta su pastebimu sulėtėjimu, o tai rodo, kad jų struktūra yra tankesnė nei aplinkinės medžiagos.

Mokslininkai anksčiau siūlė įvairius jų kilmės paaiškinimus, įskaitant nusileidusius senų tektoninių plokščių likučius, dalį vandenyno, atvėsinančio magmą, ar net gabalus milžiniško objekto Tei, kuris susidūrė su Žeme ir suformavo Mėnulį.

Šios „grupės“ yra ne tik geologinis interesas. Pavyzdžiui, Afrikos anomalija yra susijusi su Žemės magnetinio lauko susilpnėjimu virš Atlanto vandenyno. 

Kai kurie mokslininkai mano, kad šios struktūros taip pat suvaidino svarbų vaidmenį formuojant tektonines plokštes – procesą, kuris yra gyvybiškai svarbus Žemės gyvajai gamtai.

„Tai nėra atsitiktiniai keistumai. Tai seniausios Žemės istorijos pėdsakai. Jei sugebėsime suprasti, kodėl jie egzistuoja, galėsime suprasti, kaip susiformavo mūsų planeta ir kodėl ji tapo tinkama gyvybei“, – pažymi geodinamikas Yoshinori Miyazaki.

Naujas modelis: „nutekėjimas“ iš branduolio kaip slaptas ingredientas

Viena iš labiausiai tikėtinų anksčiau buvo magminio vandenyno teorija, pagal kurią iškart po susidarymo Žemė buvo išlydytas rutulys, padengtas magmos vandenynu. Kai vandenynas atvėso, sunkesnės medžiagos atsiskyrė ir nusėdo į dugną.

Tačiau, kaip aiškina Miyazaki, ši teorija turėjo prieštaravimų. Kad ji būtų teisinga, sluoksnis virš branduolio ir mantijos ribos turėtų būti sudarytas iš didelio kiekio feroperiklazo mineralo. 

Tačiau seisminiai duomenys rodo, kad feroperiklazo kiekis yra žymiai mažesnis, o pati LLSVP forma ir sankaupų bei su jomis susijusių ultramažos greitės zonų (ULVZ) forma prieštaravo šiam „idealiam“ modeliui.

„Šis prieštaravimas buvo atspirties taškas. Jei pradėsime nuo magminio vandenyno ir atliksime skaičiavimus, negausime to, ką matome šiandien Žemės mantijoje. Kažko trūko“, – aiškina Miyazaki.

Tyrėjai atliko modeliavimą, kad imituotų pagrindinių Žemės ingredientų atvėsimą, bet pridėjo iš branduolio išsiskiriančią medžiagą. Tai ir atskleidė slaptą ingredientą.

Kadangi branduolys atšąla ir susispaudžia dėl slėgio, lengvesni komponentai, tokie kaip magnio oksidas ir silicio dioksidas, kristalizuojasi greičiau nei geležis mišinyje. Šie komponentai „išspaudžiami“ ir „prasiskverbia“ per branduolio ir mantijos ribą į magminį vandenyną, kur jie ištirpsta.

Šios pridėtos medžiagos keičia magmos cheminę sudėtį taip, kad skatina silikatų turtingų mineralų bridžmanito ir seifertito susidarymą, kurie vėliau dominuoja apatiniame mantijos sluoksnyje, o feroperiklazo lygis išlieka žemas. 

Šios struktūros gali išlikti per visus 4,5 milijardus Žemės egzistavimo metų, palaipsniui susikaupdamos į sankaupas, kurias mokslininkai mato šiandienos seisminiuose duomenyse.