Структура, образовавшаяся на глубине трех тысяч километров, меняет гравитационное поле Антарктиды

Под ледяным щитом Антарктиды, на глубине, недоступной прямому наблюдению, скрывается структура, которая переписывает историю континента и влияет на гравитационное поле всей планеты. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Scientific Reports в конце 2025 года, именно здесь располагается самый сильный «негидростатический» гравитационный минимум на Земле. Это не случайная аномалия и не результат таяния льдов. Это отпечаток гигантского внутреннего процесса, уходящего корнями к границе ядра и мантии — почти на три тысячи километров вглубь.

Гравитационный парадокс: Индийский океан или Антарктида?

Для того чтобы понять суть открытия, необходимо сделать важное разграничение. В стандартных геодезических моделях, таких как WGS84, наиболее глубокая гравитационная «впадина» на карте мира находится в Индийском океане. Однако геофизики используют иную систему отсчета — так называемый гидростатический эллипсоид. Это форма, которую имела бы Земля под действием только своего вращения, если бы ее внутренние процессы были полностью однородны. Вычитая эту теоретическую фигуру из реальной, ученые получают «негидростатический» геоид — карту аномалий, созданных исключительно динамикой мантии.

Именно на этой карте и проявился истинный «центр тяжести» аномалии. Самый глубокий минимум гравитации на планете расположен не под Индийским океаном, а под Антарктидой, в районе моря Росса, между Землей Виктории и Землей Мэри Бэрд. Этот феномен получил название Антарктического гравитационного минимума (AGL).

Путешествие к центру Земли: как моделируют невидимое

Как можно заглянуть на такую глубину и восстановить историю движения материи? Ученые применили сложнейшую технику обратного времени — метод «подталкивания вперед-назад» (back-and-forth nudging). Отправной точкой стала современная трехмерная модель плотности мантии GyPSuM, созданная на основе сейсмических томографических изображений, данных по динамике плит и физике минералов. Эта модель с высокой точностью (более 90%) воспроизводит наблюдаемые гравитационные аномалии и движения плит.

Затем, подобно перемотке кинопленки, ученые запустили процесс вспять, реконструируя движение мантийных потоков шаг за шагом на протяжении 70 миллионов лет. Вязкость мантии на разных глубинах, известная по данным ледниковой истории, позволила восстановить реалистичную скорость этих процессов.

Хронология гиганта: от Атлантики к полюсу

Реконструкция показала, что современный минимум под Антарктидой — лишь финальная сцена долгой геологической драмы.

• Более 70 миллионов лет назад: глубочайшая гравитационная аномалия находилась под Южной Атлантикой. В то время под мантией Антарктики уже существовала система из двух компонентов: плотный «коридор» древних океанических плит (слэбов), погружавшихся в районе моря Уэдделла и Скоша, и обширная область горячего, поднимающегося материала у границы ядра.

• 70–50 миллионов лет назад: началось медленное, но неуклонное поднятие горячего материала. Вязкость мантии не позволяла этому потоку разрушиться. Окружающие его холодные слэбы продолжали погружаться, создавая кольцевую структуру, которая направляла восходящее движение.

• 50–30 миллионов лет назад: ключевой этап. Около 50 миллионов лет назад центр глобального гравитационного минимума начал стремительно (по геологическим меркам) смещаться к Антарктиде. Примерно 30 миллионов лет назад он достиг района моря Росса. Скорость этого дрейфа была вызвана приближением поднимающегося материала к средней мантии (выше 1300 км), где его влияние на гравитационное поле стало доминирующим.

Связь с поверхностью: вращение планеты, климат и вулканизм

Ученые нашли два независимых подтверждения того, что этот глубинный процесс действительно имел место и влиял на всю планету.

Первое — это движение оси вращения Земли (истинное блуждание полюсов). Изменение распределения масс внутри планеты неминуемо меняет ее момент инерции. Палеомагнитные данные указывают, что около 50 миллионов лет назад ось вращения Земли резко изменила свою траекторию. Модель мантийной конвекции воспроизвела это движение с высокой точностью. Это механическое следствие: глубинная масса перераспределилась, и планета отреагировала.

Второе — климатическая история Антарктиды. Усиление гравитационного минимума точно совпадает по времени с периодом, когда около 34 миллионов лет назад началось масштабное оледенение континента. Гравитация влияет на уровень моря, «притягивая» воду к областям с большей массой. Изменение гравитационного поля вокруг Антарктиды неизбежно должно было перераспределить водные массы в Южном океане. Исследование не дает количественной оценки этого эффекта, но само совпадение во времени, по мнению авторов, слишком точно, чтобы быть случайным.

Кроме того, поверхностные признаки в Западной Антарктиде — повышенный тепловой поток, тонкая литосфера, активные магматические системы — полностью соответствуют наличию поднимающегося горячего материала в верхней мантии. Глубинный поток не обязательно прорывает кору, но он ослабляет литосферу и создает условия для вулканизма и поднятия.

Единая система: прошлое, настоящее и будущее

Исследование рисует картину не просто набора отдельных аномалий, а единой, устойчивой и активной системы, охватывающей всю толщу мантии.

• Нижняя мантия (глубинный источник): Горячий материал продолжает подниматься от границы с ядром.

• Средняя мантия: Область, где холодные слэбы, погружавшиеся миллионы лет, сформировали плотное кольцо. Эта масса направляет и удерживает восходящий поток под районом моря Росса.

• Верхняя мантия: За последние 40 миллионов лет именно подъем материала в этот слой стал главной причиной усиления гравитационной аномалии.

Структура, покоящаяся под Антарктидой, не статична. Она продолжает развиваться. Подъем материала не останавливается, а погружение слэбов продолжает реорганизовывать глубокие слои.

Заключение: сигнал из безмолвных глубин

Антарктический гравитационный минимум — это не просто любопытная деталь на карте гравитационного поля. Это прямое свидетельство мощи и масштаба глубинной геодинамики. Эта структура изменила ось вращения Земли, совпала по времени с рождением ледяного континента и продолжает формировать его облик изнутри.

Гравитационное поле, измеряемое спутниками сегодня, — это мгновенный снимок процесса, который длится десятки миллионов лет. Оно говорит нам, что под ледяным безмолвием Антарктиды продолжается неумолимое, величественное движение материи от ядра к поверхности. И у этого движения нет признаков завершения.