Тайны глубин: Секреты мантии Земли

Структура Земли (не в масштабе) Перовскит, основной минерал мантии планеты Слева – структура перовскита, справа – постперовскита. Красными сферами показаны атомы магния, атомы кислорода – синими октаэдрами Дифракция рентгеновских лучей на образце перовскита – минерала, характерного для глубоких слоев земной мантии, – находящегося под давлением более чем в миллион атмосфер

В сравнении с величиной «шарика» твердая земная кора довольно тонка. Уже на глубине 30-50 км начинается толстый слой мантии. Это – граница непосредственно познанного: до сих пор пробуриться на подобную глубину не представляется возможным. Приходится пользоваться косвенными свидетельствами о происходящем там, редкими выбросами пород на поверхность или, скажем, параметрами распространения сейсмических волн. Остается только гадать, сколько тайн до сих пор скрывается в недрах нашей родной планеты. Ведь только мантия простирается на глубину до 2900 км, занимая до 3/4 объема Земли… а за ней залегает тяжелое расплавленное ядро.

Сегодня считается, что верхняя часть мантии сложена, в основном, из минерала перидотита (оливина). С увеличением глубины и, соответственно, давления минералы претерпевают структурные перестройки, становятся плотнее. На глубине более 650 км появляется перовскит, который лишь изредка можно обнаружить на поверхности, в выбросах магмы. Перовскит устойчив практически до самого ядра Земли, хотя под колоссальным давлением (более 130 ГПа при температуре более 3 тыс. ОС) он переходит в другую кристаллическую фазу, названную постперовскит.

В отличие от перовскита, образцы постперовскита не обнаруживаются на поверхности – уж слишком высокие давления требуются для его образования и слишком глубоко он залегает. Лишь в 2004-м постперовскит попал в руки ученых – японским исследователям удалось искусственно получить его в лаборатории.

Недавно свой образец постперовскита получила и исследовала также группа американских ученых во главе с Лоуэллом Маяги (Lowell Miyagi). Для этого им пришлось, пускай на ограниченном пространстве и ненадолго, но воссоздать условия, существующие в нижних слоях мантии. Фрагмент перовскита был помещен под мощнейший пресс, между наковаленками с прочнейшими бриллиантовыми головками. Он подвергся воздействию невыносимой температуры почти в 3,5 тыс. ОС и 2 ГПа (т.е. 2 млн атмосфер).

По словам авторов работы, минерал повел себя довольно неожиданным образом. Маяги говорит: «Казалось бы, кристаллическая решетка должна была бы деформироваться слоями своей структуры, но линия деформации пролегает перпендикулярно этим слоям». Такая деформация, по мнению авторов работы, объясняет довольно интересный факт – то, что сейсмические волны, судорогой пробегающие по мантии, вплоть до самых глубинных ее слоев, в одних направлениях двигаются быстрее, чем в других. Делается вывод о том, что именно кристаллическая структура постперовскита определяет эту анизотропию.

Вообще, современные технологии позволяют создавать и не такие адские условия, как те, что понадобились команде Маяги. Вспомним хотя бы лазерную установку Vulcan, разогревшую образец до температуры, которая встречается разве что в сверхновых – 10 млн градусов («Горячо!»). Или инфракрасный телескоп Planck, самый холодный объект во Вселенной. Читайте о нем в заметке «Ледянее ледяного»).

По пресс-релизу Yale University