Наша планета непрерывно излучает тепло, включая тепло, исходящее из ядра. Часть этого тепла поднимается к поверхности, однако его вклад в общий тепловой поток невелик. По крайней мере, такой была точка зрения геологов до недавнего времени. В настоящее время ученые обнаружили под территорией Омана «скрытый» мантийный плюм — восходящий поток раскаленной породы, исходящий из нижней мантии без проявления вулканической активности на поверхности. Это позволяет предположить, что ядро Земли выделяет больше тепла, чем предполагалось ранее.
В центре Земли находится железо-никелевое ядро, ядро Земли состоит из двух частей: внутренней, твердой, и внешней, жидкой. Его высокая температура обусловлена остаточным теплом, возникшим в процессе формирования планеты, и радиоактивным распадом. Это тепло непрерывно передается к нижним слоям мантии, расположенным непосредственно над ядром. В этих слоях могут скапливаться горячие и менее плотные участки горных пород, формирующие мантийный материал. Под воздействием давления эти «легкие» и горячие фрагменты мантии постепенно отделяются от окружающей среды и поднимаются к литосфере – внешней твердой оболочке Земли.
Это и есть мантийный плюм, этот процесс «активируется» за счет тепла, выделяемого ядром. Если говорить более простым языком, это своего рода путь, по которому тепловая энергия передается от границы ядра и мантии к поверхности.
При достижении области с пониженным давлением, расположенной под земной корой, столб раскаленного мантийного материала подвергается декомпрессионному плавлению. Поднимающаяся порода приобретает свойства, близкие к «сверхтекучим». Высокие температуры инициируют ее плавление, формируя магму, которая обладает меньшей плотностью по сравнению с окружающей твердой породой. Магма накапливается в магматических камерах и, при образовании разломов в коре, выходит на поверхность в виде лавы и пирокластического потока, вызывая вулканическую активность.
Раньше мантийные плюмы обнаруживались исключительно в зонах вулканической активности, таких как Восточно-Африканская рифтовая долина и Йеллоустоун в США. Изначально полагалось, что эти явления взаимосвязаны.
Теперь международная группа геологов во главе с Симоне Пилия ( Simone Pilia) из Университета нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда в Саудовской Аравии выявили скрытый мантийный плюм в глубине Земли, не сопровождающийся вулканической активностью. Это открытие было сделано на территории Омана. Выводы исследователей, изложенные в журнале Earth and Planetary Science Letters, полученные данные способны пересмотреть существующие взгляды на механизмы теплопередачи в мантии и оценить объем тепла, поступающего из ядра планеты.
После изучения сейсмических данных, полученных в восточной части Омана, Пилия и его соавторы высказали предположение о существовании плюмы. Анализ показал, что скорость сейсмических волн, распространяющихся от удаленных эпицентров, снижалась при прохождении через отдельные слои мантии. Поскольку твердые и холодные горные породы обеспечивают более высокую скорость прохождения волн по сравнению с горячими и пластичными, геологи пришли к выводу о пониженной плотности и повышенной температуре пород, расположенных под поверхностью в данной области. Таким образом, зона, характеризующаяся снижением скорости волн, вероятно, имеет более высокую температуру по сравнению с окружающей средой.
Дополнительные измерения стали подтверждением гипотезы, выдвинутой учеными. Геологи исследовали фазовые переходы в минералах, которые происходят при изменении кристаллической структуры породы под воздействием высокого давления и температуры. Эти изменения могут быть вызваны восходящим потоком горячего вещества из мантии. Их обнаружение на необычной глубине, превышающей 660 километров, свидетельствует об аномальном нагреве, исходящем из недр Земли. Отсутствие вулканической активности в Омане делает это открытие, сделанное командой ученых, поистине уникальным.
Пилия назвал подземную структуру «Дани», дав ей имя в честь своего сына. Ученый считает, что это первый задокументированный «призрачный плюм», обнаруженный в геологии, который не достигает поверхности, а остается «заключенным» в мантии. По мнению исследователя, плюм не прорывается к поверхности из-за толстого слоя горных пород, который удерживает его тепло.
Сейсмическая активность и фазовые переходы в минералах не являются единственными аргументами в пользу существования скрытого плюма. Геологи зафиксировали, что регион Омана продолжает подниматься значительно медленнее, чем ожидалось, несмотря на то, что силы, ранее сжимавшие земную кору в этой области, прекратили свое действие. Возможно, плюм является тем внутренним процессом, который и вызывает это поднятие поверхности.
Компьютерное моделирование также указывает на то, что подобная структура могла спровоцировать геологический сдвиг в движении Индийской тектонической плиты. Вероятно, «скрытый» плюм изменил траекторию движения Индийской плиты. Под воздействием тепла, исходящего из мантии, она могла изменить направление или замедлить свою скорость.
Если гипотеза, выдвинутая командой Пилии, окажется верной, то плюм «Дани» не является уникальным. Возможно, в мантии существуют и другие «призрачные» потоки тепла, которые не проявляются на поверхности.
Геологи в настоящее время полагают, что тепло от ядра передается посредством двух процессов: медленной конвекции в мантии и мантийных плюмов, которые связаны с вулканической активностью. Однако, если под поверхностью существует множество скрытых структур, подобных «Дани», это говорит о том, что больший объем тепла из ядра поднимается вверх по «горячим каналам». В этом случае необходимо будет пересмотреть существующие представления о теплообмене внутри планеты, что, в свою очередь, влияет на движение тектонических плит и долгосрочную эволюцию Земли.