Между 2006 и 2008 годами в гравитационном поле Земли произошёл тихий, но измеримый сдвиг, который долгие годы ставил учёных в тупик. И только спустя почти два десятка лет новое исследование предполагает, что аномалия могла быть вызвана глубинным процессом, происходящим за тысячи километров под нашими ногами — на границе между мантией планеты и внешним ядром.
Результаты исследования
Результаты опубликованы в журнале Geophysical Research Letters. Они основаны на данных, собранных в рамках немецко-американской спутниковой миссии GRACE (сокращение от Gravity Recovery and Climate Experiment), которая отслеживала незначительные изменения гравитации с помощью двух спутников, вращающихся вокруг Земли с 2002 по 2017 год.
Исследователи, стоящие за этим исследованием, полагают, что феномен мог возникнуть из-за изменений в физической структуре горных пород под экстремальным давлением — возможно, изменяя плотность материала у основания мантии и даже искажая форму ядра.
Волна из глубины
Сдвиг в то время не был замечен. Он не был драматичным и, конечно, не был чем-то, что можно было почувствовать. Но спутники его зафиксировали. В частности, GRACE обнаружила едва заметные изменения в расстоянии между двумя космическими аппаратами, когда они реагировали на гравитационные колебания внизу.
Изначально миссия GRACE была разработана для отслеживания крупномасштабных перемещений воды — таких как таяние ледников и истощение подземных водоносных горизонтов. Но она также оказалась полезной для выявления аномалий, связанных с перераспределением массы глубоко внутри планеты.
По словам команды геофизиков под руководством Изабель Пане из Университета Густава Эйфеля в Париже, аномалия появилась в регионе у западного побережья Африки. «По крайней мере частично, сигнал должен иметь твёрдо-земное происхождение», — сказала Пане в интервью Slate.fr, предположив, что причина может лежать в твёрдой внутренней части Земли, а не в поверхностных явлениях, таких как океанские течения или потеря льда.
Что они думают
Они считают, что, возможно, в минерале под названием перовскит, который в большом количестве содержится в нижней мантии Земли, произошёл фазовый переход. Под экстремальным давлением перовскит может переходить в более плотную форму, изменяя общее распределение массы окружающих пород — подобно тому, как сжимают губку и наблюдают, как вода внутри неё смещается.
Потрясение ядра — и, возможно, магнитного поля
Этот сдвиг массы, по мнению авторов, мог вызвать волны напряжения в окружающем материале, распространяющиеся вниз и временно деформирующие внешнее ядро — возможно, на целых 10 сантиметров. Это может показаться незначительным, но в планетарном масштабе это тектонический сдвиг.
Поскольку внешнее ядро состоит из расплавленного железа и никеля, даже небольшие искажения могут повлиять на его течение. А поскольку это течение помогает генерировать магнитное поле Земли, деформация ядра теоретически может вызвать магнитные возмущения на поверхности.
Хотя эти связи остаются спекулятивными, они являются частью растущих усилий по пониманию взаимодействия между динамикой мантии, структурой ядра и геомагнитным полем — тремя наиболее малоизученными системами на Земле.
«Это первый раз, когда у нас есть убедительные доказательства быстрых динамических процессов у основания мантии», — сказала Барбара Романович, сейсмолог из Калифорнийского университета в Беркли, которая не участвовала в исследовании. «И они достаточно быстрые, чтобы их можно было наблюдать в масштабах времени, характерных для человека».
Отслеживание гравитации, чтобы заглянуть внутрь планеты
Глубокие недра Земли всегда были неуловимы. Мы не можем пробурить до границы между мантией и ядром, и даже сейсмические волны дают ограниченную ясность. Вот где на помощь приходят данные о гравитации — часто упускаемые из виду. Отслеживая даже малейшие гравитационные сдвиги, учёные теперь могут делать выводы о том, что происходит на недостижимых глубинах.
Миссия GRACE и её преемница GRACE-FO открыли новое окно наблюдений. Будущая работа может включать корреляцию гравитационных сдвигов с геомагнитными данными, сейсмической активностью или другими спутниковыми наблюдениями для создания более полной картины внутренней механики планеты.
Остаётся выяснить, является ли этот тип гравитационных всплесков единичным событием или частью более крупной циклической закономерности. Если будут обнаружены подобные аномалии — особенно если они будут связаны с поверхностными эффектами или вариациями магнитного поля — они могут радикально изменить то, как учёные моделируют внутренний механизм Земли.
Подписывайтесь на нашу бесплатную рассылку, чтобы получать увлекательные истории, эксклюзивный контент и последние новости.