Изменения в земных глубинах: разглядеть метаморфозы ядра и мантии планеты смогли космические спутники

Международная группа ученых под руководством геофизика Изабель Панет совершила прорывное открытие, анализируя данные спутниковой миссии GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, впервые документально подтвердило структурные изменения на границе мантии и ядра Земли, произошедшие в 2006-2008 годах, но обнаруженные только сейчас благодаря совершенствованию методов анализа гравиметрических данных.

На критической глубине около 2900 километров - в зоне границы Гутенберга, разделяющей твердую нижнюю мантию от жидкого внешнего ядра - произошли фундаментальные минералогические трансформации. Эта граница представляет собой одну из важнейших геофизических зон планеты, где происходят процессы, определяющие геодинамику и формирование магнитного поля Земли.

Ключевым процессом стал фазовый переход в кристаллической решетке перовскита (или бриджманита) - доминирующего минерала нижней мантии. При экстремальных условиях давления (около 135 ГПа) и температуры (свыше 2500°C) произошла трансформация к более плотной постперовскитовой фазе. Этот переход привел к локальному увеличению плотности пород и изменению их физических свойств.

Увеличение плотности вызвало локальное смещение топографии границы мантия-ядро приблизительно на 10 сантиметров. Хотя эта величина кажется незначительной, на глубине 2900 км такое изменение представляет колоссальную энергетическую перестройку, влияющую на конвекционные потоки в жидком ядре и теплообмен между мантией и ядром.

Спутниковая система GRACE состоит из двух идентичных спутников, движущихся по одной орбите на расстоянии около 220 километров друг от друга. Спутники непрерывно измеряют изменения расстояния между собой с микронной точностью с помощью микроволновых дальномеров. Когда один спутник пролетает над областью с повышенной гравитацией, он ускоряется, увеличивая расстояние до второго спутника, что позволяет картировать даже мельчайшие вариации гравитационного поля.

Обнаружение изменений на глубине 2900 км представляет выдающееся техническое достижение. Сигнал от глубинных процессов чрезвычайно слаб по сравнению с поверхностными массовыми перераспределениями (движение грунтовых вод, таяние ледников, сезонные изменения). Ученые применили сложнейшие алгоритмы математической фильтрации для отделения глубинного сигнала от поверхностных помех, сопоставив результаты с независимыми магнитными и сейсмическими данными.

Смещение границы мантия-ядро непосредственно воздействует на движение жидкого железо-никелевого ядра, которое генерирует магнитное поле Земли через механизм геодинамо. Изменение топографии границы модифицирует условия теплообмена и трения, что перестраивает конвекционные потоки в ядре. Эти потоки проводящей жидкости создают электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют магнитное поле планеты.

Критически важным подтверждением причинно-следственной связи стало обнаружение геомагнитных возмущений в том же регионе и временном интервале. Эти возмущения проявились как внутренние изменения секулярной вариации магнитного поля (так называемые "geomagnetic jerks") - резкие изменения скорости дрейфа магнитного поля, которые указывают на перестройку течений в ядре.

Открытие предоставляет первое прямое наблюдательное подтверждение динамического взаимодействия между мантией и ядром, которое ранее существовало только в теоретических моделях. Это демонстрирует, что граница мантия-ядро не является статичной поверхностью, а представляет собой активную зону обмена массой, энергией и моментом импульса, сообщает АБН24.

Обратите внимание: Офтальмолог рассказал, как защитить глаза в осенний период