Новые результаты показывают, что мантия не течет повсеместно, как считалось ранее, и что вместо этого она разделена на две очень большие области, которые конвектируются только внутри себя, с небольшими доказательствами их смешения.
Исследование, проведенное доктором Тиффани Барри из геологического факультета Лестерского университета и опубликованное в журнале Scientific Reports, Nature, предполагает, что одна из этих областей находится под Тихим океаном, а другая существует за его пределами.
Исследования показывают, что материал верхней мантии течет в нижние части мантии, когда достигает зоны субдукции, где одна тектоническая плита опускается под другую.
Эта нисходящая плита материала действует как своего рода занавес, предотвращая перемешивание материала верхней мантии по всему земному шару и разделяя два домена.
Д-р Барри объяснил: «Наша планета уникальна тем, что у нее есть подвижные плиты на поверхности, которые с течением времени перемещаются и толкаются. Это движение плит приводит к процессу, который мы называем тектоникой плит, и никакая другая известная нам планета не демонстрирует свидетельств этого процесса.
Почему и как возникла тектоника плит на этой планете, неизвестно, но она сыграла чрезвычайно важную роль в образовании коры и океанов, которые сегодня мы называем Землей. Что также не очень хорошо ограничено, так это то, какое влияние тектоника плит оказывает на внутреннюю работу Земли.
«Мы обнаружили, что когда мантийный материал достигает дна мантии, во внешнем ядре, он не распространяется и не уходит куда-либо вокруг ядра, а вместо этого возвращается в то же полушарие земного шара, откуда он пришел.
Мы смоделировали это преимущественно движение конвекции вверх-вниз и обнаружили, что оно может сохраняться в течение 100 миллионов лет.
«На основе прошлых движений плит и геохимических данных мы предполагаем, что этот процесс мантийной конвекции мог быть доминирующим процессом, по крайней мере, с 550 миллионов лет назад, и, возможно, с начала тектоники плит."
Исследователи объединили сферические численные компьютерные модели (трехмерное моделирование методом конечных элементов) с лучшими доступными реконструкциями того, как земные плиты двигались за последние 200 миллионов лет, чтобы отслеживать математические частицы, расположенные на разных глубинах моделируемой мантии.
С помощью этих моделей они исследовали, куда свободно перемещается мантия на протяжении истории движения плит на поверхности. Отследив, где текут частицы в моделях, команда затем изучила химические изотопные свидетельства из прошлых океанических бассейнов, которые являются хорошей аналогией состава верхней мантии в прошлом.
С помощью этих данных они смогли проверить, имели ли бывшие океанические бассейны, которые больше не существуют, такой же или иной состав по сравнению с последующими бассейнами, которые географически сформировались в том же регионе земного шара.
Доктор Барри добавил: «Я невероятно взволнован этой работой; это был исследовательский вопрос, над которым я размышлял почти два десятилетия.
Мне кажется, что это настоящая привилегия – иметь возможность собрать воедино надежную и убедительную модель, которая может объяснить особенности химических различий в земной коре океана.
"Это новое исследование переворачивает наше понимание того, как внутренняя часть Земли конвектируется и движется, и как она делится на части, и впервые объясняет наблюдения, которые были впервые отмечены в конце 1980-х годов."