Земля постоянно излучает тепло, в том числе из своего ядра. Часть этого тепла поднимается к поверхности, но её доля в общем тепловом потоке невелика. Так считали геологи до недавнего времени. Сейчас учёные обнаружили под участком суши в Омане «скрытый» мантийный плюм — столб раскалённой породы, исходящий из нижней мантии без видимой вулканической активности на поверхности. Это может означать, что ядро Земли выделяет гораздо больше тепла, чем полагали раньше.
В центре Земли находится железо-никелевое ядроЯдро состоит из двух частей: внутреннего твердого и внешнего жидкого. Оно очень нагрето из-за остаточного тепла, образовавшегося при формировании планеты, и радиоактивного распада. Тепло постоянно передается вверх, в нижние слои мантии, которые находятся над ядром. Иногда в этих слоях накапливаются горячие и менее плотные участки горных пород, образующие мантийный материал. Под давлением эти «легкие» и горячие кусочки мантии медленно отделяются от окружающей оболочки и поднимаются вверх к литосфере — внешней твердой оболочке Земли.
Это и есть мантийный плюмЭто процесс, запускаемый теплом ядра. По сути, это канал передачи тепловой энергии от границы ядра и мантии до поверхности.
При достижении столба раскаленного мантийного материала области с меньшим давлением под земной корой происходит декомпрессионное плавление. Поднимающаяся порода становится «сверхтекучей» из-за воздействия высоких температур. Образуется магма, которая менее плотная, чем окружающий твердый материал. Она собирается в магматических камерах и при разломе коры выходит наружу в виде лавы и пирокластического потока, вызывая вулканизм.
Раньше мантийные плюмы обнаруживали только в областях с вулканической активностью, например, под Восточно-Африканской рифтовой долиной и Йеллоустоуном в США. Считали, что эти два фактора взаимосвязаны.
В настоящее время группа геологов из разных стран, возглавляемая Симоне Пилия, Simone PiliaУчёные из Университета нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда в Саудовской Аравии обнаружили скрытый мантийный плюм в недрах Земли без признаков вулканизма на территории Омана. изложенные в журнале Earth and Planetary Science LettersНовые данные могут поменять понимание устройства теплового движения в мантии и реального количества выделяемого из ядра Земли тепла.
Пилия с сослуживцами предположили существование плюма после изучения сейсмических данных восточного Омана. Ученые заметили, что скорость сейсмических волн от удалённых землетрясений при прохождении через определенные участки мантии необъяснимо замедляется. Так как твердые и холодные породы пропускают волны быстрее, чем горячие и пластичные, геологи сделали вывод о том, что породы в этой области были менее плотные и имели более высокую температуру.
Новые измерения подтвердили гипотезу геологов. Ученые изучили фазовые переходы в минералах при сильном давлении и высоких температурах, когда кристаллическая структура породы меняется. Такие изменения могут быть вызваны горячим плюмом, который обнаружен на нетипичной глубине более 660 километров, что указывает на аномальный нагрев снизу. В Омане нет действующих вулканов, поэтому находка команды стала уникальной.
а) На карте точками обозначены сейсмические станции, данные которых использовались для построения моделей. Фиолетовые линии — направления разрезов трехмерной модели Земли. б) Схематично изображены типы сейсмических волн (Р- и S-волны), приходящих со «сторонних» землетрясений. Звездочки — гипотетические очаги этих землетрясений, а синяя перевернутая «елочка» — сеть станций на поверхности. Под ней модель плюма — восходящего столба горячего материала из глубины мантии, показана красным цветом. в) и г) Вертикальные профили (сечения) по P-волнам показывают изменение скорости P-волн с глубиной вдоль двух направлений. е) и ж) То же самое, но для S-волн. Черные линии очерчивают мантийные разрывы d410 и d660, полученные в данном исследовании.
Пилия назвал подземную структуру «Дани» в честь своего сына и считает её первым зарегистрированным «призрачным плюмом», который не выходит на поверхность, а остаётся заключённым в мантии. Учёный предполагает, что плюм не достигает поверхности из-за сдерживающего его воздействия слоя горных пород сверху.
Сейсмическая активность и фазовые переходы в минералах — не единственные причины предположить существование скрытого плюма. Геологи наблюдают, что регион Омана продолжает медленно подниматься, несмотря на то, что силы, ранее сжимавшие земную кору в этом районе, давно исчезли. Возможно, плюм является внутренним механизмом, который все еще подталкивает поверхность вверх.
Компьютерное моделирование выявило, что подобная структура могла спровоцировать геологический сдвиг в движении Индийской тектонической плиты. «Скрытый» плюм, вероятно, изменил направление движения Индийской плиты. Из-за жара в мантии она могла повернуть или начать двигаться медленнее.
Если предположение группы Pilii подтвердится, то «Дани» — не единственный подобный объект. Под покровом мантии могут таиться и другие «призрачные» течения тепла, не оставляющие следов на поверхности.
Сегодня геологи считают, что тепло от ядра передается с помощью медленной конвекции в мантии и мантийных плюмов, связанных с вулканами. Но если под землей находятся десятки или сотни скрытых структур, подобных «Дани», значит, больше тепла поднимается вверх через «горячие каналы». Это потребует пересмотра представлений о тепловом обмене внутри планеты, который определяет движение тектонических плит и долгосрочную эволюцию Земли.
