В начале 2007 года нашу планету охватил необычный и неощутимый для людей процесс. Под толщей Атлантического океана произошли масштабные изменения, которые хоть и незначительно, но всё же повлияли на гравитационное поле Земли. Потребовались годы, чтобы спутниковые данные позволили учёным заглянуть вглубь этого явления и предложить его возможное объяснение. Об этом сообщает Geophysical Research Letters.
Загадочный сигнал из глубин
Лишь спустя продолжительное время анализ информации с орбитальных спутников показал, что причиной кратковременного возмущения стала серьёзная перестройка в глубоких недрах Земли. Аномалия была зафиксирована в восточной части Атлантического океана: её формирование началось примерно в 2006 году, пиковой фазы оно достигло в январе 2007-го, а затем пошло на спад. Географический масштаб явления впечатлял — сигнал распространился на расстояние свыше семи тысяч километров.
Тщательная работа исследователей из Университета Париж-Сите выявила любопытную пространственную структуру этой аномалии. Данные демонстрировали обширную зону с более сильным гравитационным притяжением, которая соседствовала с областью ослабленной гравитации. Оба этих фактора затем одновременно ослабели. Руководила исследованием Шарлотта Гонье Гурантон, специализирующаяся на изучении тонких колебаний земного притяжения.
"Анализируя временные ряды градиентов гравитации, полученные с помощью прибора GRACE, мы выявили аномальный крупномасштабный сигнал градиента гравитации в восточной части Атлантического океана, достигший максимума в начале 2007 года, который не может быть полностью объяснён ни поверхностными водными источниками, ни потоками флюидов в ядре", — пишет Шарлотта Гонье Гурантон.
Как спутники "взвешивают" Землю
Ключевую роль в этом открытии сыграла миссия GRACE, которую совместно проводили NASA и Германский аэрокосмический центр с 2002 по 2017 год. Два спутника-близнеца, летящие друг за другом по одной орбите, постоянно измеряли расстояние между собой с высокой точностью.
Когда аппараты пролетали над областью с повышенной массой и, соответственно, гравитацией, ведущий спутник чуть ускорялся, увеличивая дистанцию до своего напарника. На основе этих микронных изменений компьютеры создавали глобальные карты гравитационного поля.
Чаще всего такие данные использовали для отслеживания движения больших масс воды: колебаний уровня грунтовых вод, таяния ледниковых щитов или изменения уровня моря. Поскольку вода перемещается относительно быстро и в огромных объёмах, учёным пришлось применить сложную фильтрацию, чтобы "отсечь" поверхностный шум и обнаружить более глубинные сигналы.
Поиск причины аномалии
Первой и очевидной версией было движение огромных масс океанской воды. Однако сравнение с гидрологическими моделями, а также данными о температуре, солёности и уровне моря не дало совпадений. Для создания наблюдаемого гравитационного эффекта потребовалось бы невероятное количество воды, сосредоточенное в строго определённом регионе, чего в реальности не происходило.
Это заставило учёных обратиться к более глубоким слоям планеты. Интересно, что примерно в тот же период спутники, отслеживающие магнитное поле Земли, зафиксировали над Атлантикой так называемый геомагнитный рывок — резкое изменение долгосрочного тренда в поведении магнитосферы.
Совпадение во времени двух разных аномалий наводило на мысль об общей причине, хотя прямую связь доказать пока невозможно. Изменения в потоке жидкого железа во внешнем ядре, генерирующем магнитное поле, могут влиять и на гравитационные параметры.
Версия о фазовом переходе в мантии
Основное внимание исследователи сосредоточили на процессах в нижней мантии Земли, на границе с жидким внешним ядром. Значительную часть этого слоя составляет минерал бриджманит, существующий в условиях колоссальных температур и давлений.
При определённых условиях этот минерал может претерпевать фазовый переход: его атомная решётка перестраивается, и он превращается в более плотную фазу, называемую постперовскитом. Граница, где происходит этот переход, нестабильна и зависит от температуры.
В более горячих областях она опускается глубже, в более холодных — поднимается. Исследователи предположили, что если обширный регион на границе ядра и мантии пересекает критический рубеж стабильности, то это может вызвать быстрый и масштабный фазовый переход. В результате плотность пород на большой площади изменяется, вызывая перераспределение массы, достаточное для регистрации спутниками, но без сейсмических толчков.
"Это позволяет предположить, что по крайней мере часть этого сигнала может отражать быстрые перераспределения массы в глубинах мантии", — отмечает Шарлотта Гонье Гурантон.
Таким образом, зафиксированная аномалия может быть свидетельством динамичных и быстрых процессов, происходящих в самых глубоких слоях нашей планеты. Это открытие указывает на то, что Земля способна перестраивать свою внутреннюю материю не только в геологических масштабах времени, но и относительно быстро.
Для окончательного подтверждения этой гипотезы потребуются новые данные с гравитационных спутников следующего поколения и совершенствование глобальной сети сейсмографов, которая позволит "просвечивать" недра с большей детализацией. Пока же это событие остаётся интригующей загадкой, подчёркивающей, как много нам ещё предстоит узнать о внутренней жизни нашей планеты.