Ученые обнаружили новый слой частично расплавленной породы под земной корой, который может помочь разрешить давние споры о том, как движутся тектонические плиты.

Ранее исследователи уже выявляли участки расплава на подобной глубине. Но новое исследование, проведенное под руководством Техасского университета в Остине, впервые показало глобальную протяженность этого слоя и его роль в тектонике плит.

Исследование было опубликовано 6 февраля 2023 года в журнале Nature Geoscience.

Расплавленный слой находится на расстоянии около 100 миль от поверхности и является частью астеносферы, которая располагается под тектоническими плитами Земли в верхней мантии. Астеносфера важна для тектоники плит, поскольку она образует относительно мягкую границу, позволяющую тектоническим плитам перемещаться через мантию.

Причины ее мягкости, однако, не вполне понятны. Ранее ученые считали, что одним из факторов могут быть расплавленные породы. Но данное исследование показывает, что расплав, по сути, не оказывает существенного влияния на движение мантийных пород.

"Когда мы думаем о том, что что-то плавится, мы интуитивно считаем, что расплав должен играть большую роль в вязкости материала", - говорит Цзюньлинь Хуа, постдокторант Школы геонаук Джексона при UT, возглавлявший исследование. "Но мы обнаружили, что даже там, где доля расплава довольно высока, его влияние на течение мантии очень незначительно".

Согласно результатам исследования, которое Хуа начал, будучи аспирантом Университета Брауна, конвекция тепла и горных пород в мантии оказывает преобладающее влияние на движение плит. Хотя недра Земли в основном твердые, в течение длительных периодов времени горные породы могут смещаться и течь, как мед.

По словам соавтора исследования Торстена Беккера, профессора Школы Джексона, показать, что слой расплава не оказывает влияния на тектонику плит, значит уменьшить количество сложных переменных для компьютерных моделей Земли.

"Мы не можем исключить, что локально расплав не имеет значения", - сказал Беккер, который разрабатывает геодинамические модели Земли в Институте геофизики Техасского университета при Школе Джексона. "Но я думаю, что это побуждает нас рассматривать эти наблюдения за расплавом как маркер того, что происходит в Земле, и не обязательно как активный вклад во что-либо".

Идея поиска нового слоя в недрах Земли пришла к Хуа во время изучения сейсмических изображений мантии под Турцией во время его докторской диссертации.

Заинтригованный признаками частично расплавленной породы под корой, Хуа собрал аналогичные изображения с других сейсмических станций, пока не составил глобальную карту астеносферы. То, что он и другие приняли за аномалию, на самом деле было обычным явлением по всему миру, появляясь на сейсмических снимках везде, где астеносфера была наиболее горячей.

Следующий сюрприз произошел, когда он сравнил свою карту расплава с сейсмическими измерениями тектонических движений и не обнаружил никакой корреляции, несмотря на то, что расплавленный слой охватывает почти половину Земли.

"Эта работа важна, потому что понимание свойств астеносферы и причин ее слабости имеет фундаментальное значение для понимания тектоники плит", - говорит соавтор Карен Фишер, сейсмолог и профессор Университета Брауна, которая была советником Хуа по докторской диссертации, когда он начал исследование.