Спутники зафиксировали изменения в ядре Земли

Ученые обнаружили грандиозную геологическую аномалию — значительное и загадочное изменение, произошедшее почти на глубине 2900 километров, на границе между мантией и ядром Земли. Это событие существенно повлияло на гравитационное поле планеты и было зафиксировано орбитальными приборами. Исследование, опубликованное в Geophysical Research Letters, указывает на возможность динамических трансформаций горных пород в нижней мантии. Эти процессы могут иметь важные последствия для понимания планетарной динамики, включая причины землетрясений и формирование магнитного поля, защищающего жизнь на поверхности.

Работа проводилась под руководством Шарлотт Гонье Гурантон из Городского университета Парижа и с участием геофизика Изабель Панэ из Университета Гюстава Эйфеля. Исследование базировалось на данных спутниковой миссии GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), которая действовала с 2002 по 2017 год. Два спутника, летевшие на фиксированном расстоянии, позволяли точно измерять гравитационные вариации Земли. Когда один из спутников пролетал над областью с большей массой, его слегка притягивало, что изменяло расстояние до второго спутника. Эти миллиметровые изменения соответствовали изменениям гравитации.

Основной целью миссии GRACE было изучение перемещения водных масс на поверхности, но команда Панэ обнаружила, что система также может фиксировать глубокие возмущения. Ранее Панэ использовала эти данные для предсказания землетрясений на глубинах в сотни километров. На этот раз исследователи сосредоточились на границе нижней мантии, где горные породы встречаются с расплавленным внешним ядром.

Аномальный сигнал был зафиксирован в 2007 году в обширном регионе под Атлантическим океаном у побережья Африки. Этот сигнал, исключавший поверхностное происхождение, был связан с перераспределением масс в глубинах Земли. Глубина и расположение феномена позволили связать его с предыдущими наблюдениями, включая геомагнитное возмущение, зарегистрированное в том же регионе и период спутниками, измеряющими магнитное поле Земли.

Пространственное и временное совпадение указывает на возможную связь между гравитационными и магнитными изменениями как проявлениями одного глубокого геологического процесса.

Гипотеза, представленная Панэ и её коллегами, выглядит амбициозной и последовательной. Они утверждают, что в породах, находящихся у основания мантии и состоящих из минералов, таких как перовскит, произошли изменения на атомном уровне. На огромной глубине, где давление невероятно велико, кристаллическая структура перовскита могла трансформироваться в более плотную конфигурацию через фазовый переход. Этот минералогический процесс, по сути, локально увеличил бы плотность и массу значительной части нижней мантии. Это внезапное изменение массы у основания мантии вызвало бы цепную реакцию в соседних породах, что, в свою очередь, могло бы слегка деформировать границу между мантией и ядром, возможно, на несколько сантиметров. Хотя такая деформация кажется незначительной в планетарном масштабе, она могла бы нарушить конвекционные потоки расплавленного железа во внешнем ядре, временно изменив его движение и создав магнитную аномалию, зафиксированную спутниками.

Исследовательница подчёркивает, что эта гипотеза требует дальнейшего изучения для подтверждения. Она отмечает, что это явление всё ещё нуждается в тщательном исследовании. Тем не менее для научного сообщества само по себе открытие такого рода представляет собой значительный шаг вперёд. Сейсмолог Барбара Романович из Калифорнийского университета в Беркли назвала открытие крайне интригующим, отметив, что учёные впервые получили убедительные доказательства динамических процессов на границе между ядром и мантией, происходящих в достаточно быстрых временных масштабах для их изучения в режиме реального времени.

Команда не обнаружила других гравитационных сигналов сопоставимой величины после 2007 года в данных спутника GRACE. Однако мониторинг продолжается. Панэ и её коллеги планируют внимательно изучить данные, предоставляемые спутниками-преемниками GRACE, которые сейчас находятся на орбите, надеясь, что земные глубины снова предложат новую ключевую информацию о своей деятельности.