За основу при создании этих моделей ученые брали состав хондритовых
метеоритов, которые, как полагают, сформировались в том же регионе, что и
Земля, более четырех миллиардов лет назад.
Однако доступные для изучения образцы верхней мантии, которые
приблизились к поверхности главным образом посредством тектонической или
вулканической активности, показывают, что в составе Земли кремния
значительно меньше, чем в хондритовых метеоритах.
Исследование образцов верхней мантии показывало, что в составе
Земли значительно меньше кремния, чем в составе хондритовых метеоритов
(фото abc.net.au)
Использование звуковых волн
Чтобы попытаться решить проблему, Мураками и его коллеги выполнили ряд
лабораторных экспериментов, в ходе которых они воссоздавали среду нижней
мантии.
Они пропускали звуковые волны через различные минералы в условиях
плотностей, давлений и температур, потенциально соответствующих
условиям, которые обнаруживаются на расстоянии 660 километров ниже
поверхности.
После сравнения результатов с сейсмическими данными, ученые пришли к
заключению, что нижняя мантия значительно более обогащена кремнием, чем
верхняя мантия.
Мураками и его коллеги говорят, что их новые данные совместимы с хондритовой моделью Земли.
Их результаты также указывают на то, что между нижней и верхней мантией
движение пассивно и замедленно. Исследователи предполагают, что это,
возможно, было вызвано фракционной кристаллизацией океана магмы,
распространяющейся в нижнюю мантию в ранней истории Земли.
Мураками и его коллеги пришли к заключению, что эта исконная химическая
стратификация, возможно, сохранилась практически неизменной до
настоящего момента.
Новый взгляд
Один из соавторов статьи, описывающей исследование в Nature, профессор
Иен Джексон из Австралийского национального университета, говорит, что
работа Мураками и его коллег дает начало новому представлению вопроса.
Но он предупреждает, что на этом история вряд ли будет закончена.
«Неизбежно в такого рода новаторской работе есть еще несколько
технических вопросов, которые должны быть решены, - говорит Джексон. –
Эксперименты, которые проводили исследователи из университета Тохоку,
проводились в условиях чрезвычайных давлений - больше чем в миллион
атмосфер – и, таким образом, проблема калибровки давления становится
ключевым фактором».
«Теперь необходимо продолжить исследование, чтобы повысить точность
экспериментов. Необходимо максимально приблизить давления и температуры к
реальным условиям в нижней мантии, вместо того чтобы просто взять
экстремальные показатели. А для этого нужно найти способ получить точные
данные с нижней мантии, - говорит Джексон. – Один из следующих этапов
исследования также будет вовлекать новое компьютерное моделирование
свойств минералов. Это - надежный способ оценить поведение скалистых
пород в чрезвычайных условиях».
Джексон говорит, что все еще существует возможность того, что вся хондритовая модель Земли окажется неправильной.
Некоторые ученые полагают, что в период движения планет, известный как
планетарное перемещение, во время раннего формирования Солнечной
системы, могло иметь место смещение распределения и смешение астероидов и
метеоров.
|