Мантийные столбы и "горячие точки" на поверхности Земли, а также движение литосферных плит

некоторые вообще полагают, что это некие "пузыри тяжелого металла, отрывающиеся от металлического ядра планеты"

Причиной сейсмических аномалий, которые происходят на границе между ядром и мантией Земли, могут быть "утечки" тяжелых изотопов железа из ядра планеты в верхние слои ее литосферы. К такому выводу пришли ученые из Дании и США, статью которых опубликовал научный журнал Nature Geoscience.

"Если наши расчеты верны, то материя ядра постоянно просачивалась в верхние слои литосферы на протяжении многих миллиардов лет. Подобное открытие объясняет, почему в породах мантии значительно больше тяжелого железа, чем в астероидах-хондритах, которые состоят из первичной материи Солнечной системы", – рассказал один из авторов исследования, профессор Калифорнийского университета в Дэвисе (США) Чарльз Лешер.

Ядро Земли состоит из двух разнородных слоев – твердого металлического ядра в центре и внешнего слоя из жидкого железа и никеля. Этот расплав постоянно движется, результатом чего служит, в частности, магнитное поле Земли. Оно защищает жизнь на поверхности нашей планеты и ее атмосферу от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических явлений.

Последние наблюдения за структурой ядра Земли, а также математические модели его устройства указали на то, что внутри него может скрываться не два, а три отдельных слоя. Вдобавок, геологи обнаружили намеки на то, что ядро постоянно обменивается материей с мантией, вырабатывая своеобразные "пузыри" из железа, которые поднимаются из ядра в мантию.
Путешествие из центра Земли

Изучая недавно открытые сейсмические аномалии в так называемом D"-слое мантии, Лешер и его коллеги открыли еще одно свидетельство того, что материя ядра постоянно просачивается в нижние слои мантии Земли.

Так геологи называют двухсоткилометровый слой пород, который непосредственно соприкасается с ядром планеты. Несколько лет назад сейсмологи обнаружили в этой зоне небольшие области, в которых скорость движения сейсмических волн падала загадочным образом. Многие ученые предполагают, что эти аномалии связаны с "пузырями" из железа и другими не характерными для мантии породами, которые образовались в результате ее взаимодействий с ядром.

Авторы статьи проверили, так ли это на самом деле. Для этого они попытались воспроизвести процесс формирования подобных аномалий в своей лаборатории. Ученые создали специальную установку, которая воспроизводит условия на границе мантии и ядра Земли, поместили в нее цилиндры из железа, никеля и ряда других элементов, после чего сжали их до сверхвысоких давлений.

Эти опыты показали, что разные изотопы железа в подобных условиях вели себя неодинаково. Более легкие атомы чаще оставались внутри ядра, тогда как тяжелое железо-57 начинало подниматься в верхние слои расплава, в которых температура и давление были меньше.

Этот процесс, как показывают расчеты геологов, может продолжаться на протяжении многих сотен миллионов лет, пока пограничный слой не потеряет стабильность и не начнет подниматься вверх в виде так называемого плюма – сверхгорячего и быстрого вертикального потока магмы.

В некоторых случаях, как считают ученые, эти фрагменты материи ядра могут достигать поверхности Земли. Это, в частности, хорошо объяснило бы то, почему в лаве некоторых подводных вулканов у берегов Гавайских островов и архипелага Самоа необычно много тяжелого железа, подытожили авторы статьи.

...теперь и в вашем городе на Марсе!

Сходство с Венерой.

---

...

Изучение Венеры с помощью орбитальных радарных систем выявило еще одно ее принципиальное отличие от Земли — иной глобальный тектонический стиль. Любая планета представляет собой тепловую машину, теряющую внутреннее тепло. Этот однонаправленный процесс определяет ее геологическую эволюцию. Механизмы потери тепла, однако, могут быть разными и выражаются в глобальном тектоническом стиле. В частности, на Земле такой механизм проявлен в виде тектоники плит [4]: жесткие литосферные блоки (плиты) поперечником в тысячи километров перемещаются в горизонтальном направлении, расходятся, сталкиваются и погружаются одна под другую. Горизонтальное перемещение плит — главный вектор глобального тектонического стиля Земли, а его характерные признаки (глубоководные желоба, срединно-океанические хребты и трансформные разломы) ярко выражены в рельефе и структурах поверхности.

Детальная съемка поверхности Венеры в экспедициях «Венера-15 и -16» и «Магеллан» не выявила признаков тектоники плит на этой планете [3, 5]. Вместо этого на Венере обнаружены образования, представляющие собой гигантские сводовые поднятия высотой в несколько километров и поперечником в несколько тысяч километров [6]. Они интерпретируются как области подъема горячего мантийного вещества [7–9]. Из центра некоторых поднятий расходятся очень протяженные (тысячи километров) зоны растяжения и растрескивания, проявленные как глубокие линейные топографические депрессии [2, 10, 11]. Похожие структуры, известные на Земле в пределах континентальных блоков, называются континентальными рифтами [12]. Характерное сочетание сводовых поднятий и рифтов дает основание думать, что на Венере (в отличие от Земли) доминирует другой глобальный тектонический стиль — плюм-тектоника [13], в котором основной движущей силой выступают вертикальные мантийные плюмы (диапиры). Последние приводят к выгибанию и растрескиванию литосферы без заметных горизонтальных смещений. Главный вектор плюм-тектоники (в отличие от тектоники плит) — вертикальный. Интерпретация изображений поверхности Венеры [3] указывает на то, что на протяжении основной части ее различимой геологической истории (последние 300–500 млн лет) именно плюм-тектоника представляла собой главный механизм потери внутреннего тепла.

Плюм-тектоника действует и на Земле, но ее роль второстепенна по сравнению с тектоникой плит, и она проявлена лишь в отдельных (хотя и обширных) регионах [14]. Один из них — восточная окраина Африканского материка (Восточно-Африканская рифтовая зона, ВАРЗ), где развиты крупные сводовые поднятия, которые соединены протяженными рифтовыми зонами [15, 16]. Сводовые поднятия ВАРЗ, как представляется многим исследователям, возникают за счет восходящих мантийных плюмов, а рифты — за счет растрескивания континентальной литосферы при образовании сводов [17]. Сочетание этих структур напоминает ситуацию на Венере [10], и, следовательно, ее тектонический стиль можно в какой-то мере охарактеризовать, если провести количественный сравнительный анализ сводовых поднятий и рифтовых зон на обеих планетах.

...

Сравнение венерианских и земных рифтов

Рифтовые зоны Венеры (областей Атла и Бета) и рифтовые зоны Земли (восточной ветви Восточно-Африканской рифтовой зоны) пространственно приурочены к сводовым поднятиям — поверхностным выражениям мантийных плюмов. Они интерпретируются как отклик литосферы на подъем горячего мантийного вещества, который в условиях Венеры и Земли может существенно различаться. Именно поэтому рифтонесущие своды Венеры значительно больше земных. Наиболее крупный наблюдается в области Бета. Он достигает 2600 км в поперечнике и 5 км в высоту. Свод области Атла несколько меньше: его поперечник 1900 км, а высота 2,5 км. Земные же Эфиопский и Кенийский своды и меньше (поперечник около 1000 км), и ниже (1,5–2 км).

...

Несмотря на внешнее сходство, количественные характеристики рифтов Венеры и Земли сильно отличаются. Эти различия — результат многих причин, главные из которых — мощность механической литосферы и темпы роста сводовых поднятий. Другими словами, на обеих планетах наблюдается разная динамика мантийной конвекции. Еще один возможный фактор, контролирующий взаимодействие конвектирующей мантии и механической литосферы, — зона частичного плавления у подножия литосферы, т.е. астеносферный слой. На Земле он выполняет роль «смазки», ослабляющей связь мантии и литосферы. Формирование астеносферы на Земле связывают с присутствием воды, которая существенно понижает температуру плавления горных пород и приводит к образованию капелек расплава. На Венере такой слой может отсутствовать, если литосфера сильно прогрета и воды в ней как самостоятельной фазы нет.

На сегодняшний день мы не можем количественно оценить эти различия, так как на Венере не проводились сейсмические эксперименты — основной источник знаний о строении глубоких недр планет. На современном уровне технологий проведение сейсмозондирования Венеры не представляется возможным.

...

---