Масса, замедляющая время для волн: что скрывается в недрах Гавайев

Глубоко под Гавайями ученые обнаружили загадочную структуру, которая может играть ключевую роль в вулканической активности архипелага. Новое исследование показывает, что эта огромная масса, скрытая почти у самой границы ядра и мантии, вероятно, состоит из твердых пород и богата железом. Такие данные помогают лучше понять, как устроены глубинные слои нашей планеты. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Что скрывается под Гавайями

Обнаруженная область относится к так называемым зонам сверхнизкой скорости — гигантским участкам на глубине около 2900 километров, где сейсмические волны от землетрясений резко замедляются. Эти структуры считаются одними из немногих "окон", позволяющих заглянуть в самые недоступные слои Земли.

Особый интерес вызывает мегазона под Гавайями, поскольку она может быть связана с Гавайской горячей точкой — местом, где горячий материал поднимается через мантию и подпитывает вулканы, сформировавшие острова. Это перекликается с тем, как геологи обнаружили раскол плюма под Гавайями, уточняя детали глубинных процессов.

"Поскольку это материал, богатый железом, он будет обладать большей электропроводностью, и это фактически будет способствовать теплопроводности — таким образом, это поможет локализовать шлейф и продлить его существование", — объясняет соавтор исследования Доён Ким из Имперского колледжа Лондона.

Почему сейсмические волны так важны

Зоны сверхнизкой скорости получили свое название из-за необычного поведения сейсмических сигналов. Когда волны проходят через такие области, их скорость существенно падает. Обычно ученые используют P-волны — волны давления, но они дают лишь ограниченную информацию о составе пород.

Команда Кима применила более современный метод, разработанный в 2020 году, который позволяет учитывать не только P-волны, но и S-волны — сдвиговые волны, вызывающие вертикальные движения. Совместный анализ обоих типов сигналов и компьютерное моделирование минералов помогли точнее определить природу загадочной массы.

Железо вместо расплава

Исследователи пришли к выводу, что мегазона под Гавайями, скорее всего, состоит из твердых пород с высоким содержанием железа. Это практически исключает прежнюю гипотезу о том, что область может быть заполнена большим количеством расплавленного материала.

Такой результат важен, поскольку состав ULVZ напрямую влияет на то, как формируются и поддерживаются мантийные шлейфы — потоки горячего вещества, питающие вулканизм. Подобные выводы дополняют исследования о том, что Гавайи тонут намного быстрее, показывая связь глубинной динамики и изменений поверхности.

"Имея эту информацию, мы можем задуматься о том, откуда это берется", — говорит Ким.

По его словам, происхождение этой структуры может уходить к самым ранним этапам истории Земли, например к кристаллизации древнего магматического океана или остаткам прошлых процессов плавления мантии.

Разные зоны — разные истории

Ученые подчеркивают, что не все мегазоны сверхнизкой скорости одинаковы. Некоторые могут формироваться из-за погружения океанической коры в мантию при субдукции, другие, возможно, содержат даже материал из ядра планеты.

Метод, представленный в исследовании, может помочь различать типы ULVZ по всему миру и дать новые подсказки о том, как вообще формируются планеты.

"Чтобы полностью понять, что происходит на других планетах, мы должны сначала четко разобраться в том, что происходит на Земле", — резюмирует Ким.

Таким образом, находка под Гавайями не только объясняет особенности местного вулканизма, но и приближает ученых к более глубокому пониманию процессов, происходящих в недрах Земли.