Кажется, найден «потерянный» пласт мантии

Материал с высоким содержанием свинца не удаётся отыскать на поверхности, потому что он практически никогда на поверхность не выходит.

Общепринятая теория гласит: Земля возникла около 4,5 млрд лет назад из околосолнечного газопылевого диска, где сначала образовались маленькие частички, которые, сталкиваясь друг с другом, постепенно выросли, остыли и превратились в планеты. Эту точку зрения поддерживают бесчисленные расчёты, модели и геологические наблюдения. Но одна тайна всё же остаётся: если Земля и впрямь возникла в результате столкновений малых тел, её состав должен напоминать таковой у современных малых тел.

По какой-то неведомой причине в земной мантии очень мало свинца по сравнению с его содержанием в метеоритах. Где-то должен быть «резервуар» с низким отношением урана к свинцу, но отыскать его никак не удаётся.

Шаг к разгадке сделали сотрудники Массачусетского технологического института (США), которые вроде бы нашли некий «потайной поток» материала в земной мантии — в форме чрезвычайно плотных пород с высоким содержанием свинца, которые кристаллизуются под островными дугами, то есть рядами вулканов, поднимающихся на границах литосферных плит.

В результате столкновения двух тектонических платформ одна из них заходит под другую, и материал коры погружается в мантию. В то же время расплавленный материал мантии поднимается к коре и выбрасывается на поверхность Земли через жерла вулканов. Согласно наблюдениям и расчётам специалистов МТИ, до 70% этой поднимающейся магмы кристаллизуется в упомянутые плотные породы с высоким содержанием свинца, которые уходят обратно в мантию. С их учётом состав мантии напоминает состав метеоритов.

Вы скажете: определить состав материала, который залегает на глубине 40–50 км и опускается обратно в мантию, невозможно. Действительно, он вне досягаемости обычных методов отбора проб. Но есть одно (единственное!) место на земле, где материал с такой глубины вышел на поверхность, — это Кохистанская дуга на севере Пакистана, где 40 млн лет назад столкнулись Индия и Азия. Когда в неё врезалась Индийская плита, островная дуга расширилась и развернулась. В руках учёных оказался уникальный срез перехода от мантии к коре.

С 2000 по 2007 г. ведущий автор исследования Оливер Ягуц совершил несколько поездок в Пакистан и привёз несколько образцов пород из коры дуги и мантии. Лабораторный анализ выявил среди них породы с более высокой плотностью, чем у мантии. Они, по идее, должны были тонуть и создавать тот самый потайной пласт.

Выяснилось также, что в более плотных породах больше свинца по сравнению с ураном, причём отношение элементов совпадает с предсказанным для «пропавшего» резервуара.

Несложные расчёты, основанные на законе сохранения массы и состава местных пород, позволили определить, какое количество материала, поднимающегося из мантии, должно падать обратно (масса Кохистанской дуги минус затонувший материал должно равняться массе материала, вышедшего из мантии). Вот так и были получены те 70%.

Эти результаты приложили к другим островным дугам — Андскому вулканическому поясу, Каскадным горам и пр. Оказалось, что количество и состав материала, ушедшего обратно в мантию в планетарном масштабе, соответствуют предположениям о «скрытом» резервуаре.

Наша Земля и впрямь в определённом смысле создана из большого количества малых тел.

Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Подготовлено по материалам MIT News.