Ученые заглянули под земную кору

Недавно американским сейсмологам удалось выяснить, из чего состоит прослойка, расположенная между литосферой и верхним слоем мантии. Оказалось, что она представляет собой скопление магмы. Таким образом, была опровергнута гипотеза о том, что на границе литосферы и астеносферы нет расплавленной породы, но она ослаблена водой, богатой минералами.

Ученых всегда интересовало, что находится непосредственно под литосферой, или, как ее привыкли называть, земной корой. Поскольку напрямую узнать это до сих пор нельзя, ибо даже самые глубокие скважины не достигают границ литосферы, то приходится действовать косвенным путем. И вот в первой половине прошлого века немецкий сейсмолог Бено Гутенберг, исследуя скорость распространения сейсмических волн, открыл астеносферу — верхний слой мантии, вязкость которого более высокая, чем у лежащих ниже.

Гутенберг обнаружил его следующим образом — он заметил, что около нижней границы литосферы эти самые сейсмические волны всегда существенно снижают свою скорость. То есть им приходится преодолевать какой-то барьер, который обладает большей вязкостью. Дальнейшие расчеты, проведенные в разных местах нашей планеты, показали, что этот барьер имеется везде — астеносфера залегает на глубине 80-100 км под материками и 50-70 км под океанами. А ее нижняя граница находится где-то примерно на глубине 250-300 км.

Итак, некоторое время считалось, что под земной корой располагается астеносфера. Однако уже во второй половине ХХ века стало ясно, что она не является подстилающим слоем. Расчеты показывали, что между ней и литосферой есть что-то еще. Согласно полученным данным, эта прослойка, напоминающая по образному выражению одного из сейсмологов, желе на сэндвиче с арахисовым маслом, состоит либо из весьма влажных, либо из расплавленных пород.

Интерес исследователей к этому загадочному слою объясняется еще и тем, что он, скорее всего, играет большую роль при возникновении землетрясений, влияя на формирование эпицентров. Поэтому, если знать о нем все, то эти природные явления можно будет прогнозировать куда более точно. Однако долгое время ученым не удавалось выяснить, что же это за прослойка. И лишь недавно сейсмологи из Океанографического института Скриппса (США) смогли разгадать данную загадку.

Ученые проводили исследования нижних границ литосферы у побережья Никарагуа, под плитой Кокос. И там они наткнулись на любопытный слой толщиной в 25 км, состоящий из частично расплавленной породы. Проще говоря, он представлял собой достаточно вязкую магму. И находилась эта прослойка как раз на глубине 50 км, то есть уже совсем рядом с астеносферой. Однако она не являлась ее частью, поскольку сейсмические волны распространялись по ней с достаточно высокой скоростью.

"Это был настоящий сюрприз. Мы собирались изучить круговорот жидкости в земной коре в зоне субдукции, а наткнулись на частично расплавленный слой", — говорит ведущий автор исследования аспирант Самер Наиф. Он также рассказал, что его группе удалось опровергнуть весьма популярную гипотезу о том, что будто бы на границе литосферы и астеносферы совсем нет расплавленной породы, но она ослаблена водой, богатой минералами. Согласно новым данным, этот слой практически целиком состоит из лавы.

Во время работы ученые использовали достаточно распространенный метод, при помощи которого можно регистрировать небольшие колебания электрического и магнитного полей Земли. По этим изменениям можно судить о происходящем ниже поверхности. Интересно, что такой же методикой ученые пользуются при выявлении карманов жидкости — например, нефтяных и газовых месторождений.

Следует заметить, что границей между литосферой и астеносферой заканчивается нижняя часть жестких тектонических плит, которые плавают на поверхности Земли благодаря мантийным конвекционным токам. Оба слоя представляют собой твердый камень, но литосфера — более жесткая и холодная, тогда как сравнительно горячая астеносфера текуча и податлива с точки зрения геологического времени. Теперь же стало ясно, что между этими слоями находится прослойка из магмы, которая, судя по всему, оказывает большое влияние на движение литосферных плит.

Впрочем, некоторые скептики сомневаются в том, что весь слой между земной корой и астеносферой состоит из магмы. Дело в том, что другие исследования показали, что более древняя океаническая литосфера не имеет такой расплавленной границы. А достаточно молодая с геологической точки зрения плита Кокос может нести остаток магмы, который прилип к ней снизу. Это могло случиться во время ее рождения в соседнем срединно-океаническом хребте.

Так что теперь группа г-на Наифа готовиться к новому исследованию — ученые хотят выяснить, каково происхождение обнаруженной ими магмы. Именно оно и сможет поставить окончательную точку в споре о природе границы между астеносферой и земной корой…