Новые данные сейсмологии подтверждают, что таких узких струй на самом деле не существует, говорит Дон Андерсон, почетный профессор геофизики Калифорнийского технологического института Дон Андерсон. Фактически, добавляет он, основы физики не подтверждают наличие этих струй, называемых мантийными перьями, и новые результаты подтверждают эти фундаментальные идеи.«Мантийные перья никогда не имели прочной физической или логической основы», — говорит Андерсон. «Они похожи на« Just So Stories »Редьярда Киплинга о том, как жирафы получили свои длинные шеи».Андерсон и Джеймс Натланд, почетный профессор морской геологии и геофизики Университета Майами, описывают свой анализ в Интернете в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 8 сентября.
Согласно современной теории мантийного плюма, объясняет Андерсон, тепло из ядра Земли каким-то образом порождает узкие струи горячей магмы, которые фонтанируют через мантию на поверхность. По его словам, струи действуют как трубы, передающие тепло от ядра, и как именно они создаются, неясно. Но предполагалось, что они существуют, происходя недалеко от того места, где ядро Земли встречается с мантией, почти на 3000 километров под землей — почти на полпути к центру планеты.
Теоретически их ширина не превышает 300 километров, и когда они достигают поверхности, образуются горячие точки.В то время как верхняя часть мантии представляет собой своего рода жидкий ил, самый верхний слой представляет собой твердую породу, разбитую на плиты, которые плавают на слоях, содержащих магму. Магма из мантии под плитами прорывается сквозь плиту, образуя вулканы.
Когда плиты дрейфуют по горячим точкам, образуется цепочка вулканов — например, цепи островов на Гавайях и Самоа.«Большая часть исследований твердой Земли за последние 20 лет — и большие суммы денег — были потрачены на поиск неуловимых узких перьев мантии, которые извиваются вверх через мантию», — говорит Андерсон.Чтобы найти гипотетические шлейфы, исследователи анализируют глобальную сейсмическую активность. Все, от сильных землетрясений до крошечных толчков, посылает сейсмические волны эхом в недра Земли.
Тип материала, через который проходят волны, влияет на свойства этих волн, такие как их скорость. Измеряя эти волны с помощью сотен сейсмических станций, установленных на поверхности, рядом с такими местами, как Гавайи, Исландия и Йеллоустонский национальный парк, исследователи могут сделать вывод, есть ли здесь узкие мантийные шлейфы или вулканы просто созданы из магмы, поглощенной губкой. как более мелкая мантия.Никто не смог обнаружить предсказанные узкие шлейфы, хотя доказательства не были окончательными.
Андерсон говорит, что струи могли быть слишком тонкими, чтобы их было видно. Очень широкие объекты под поверхностью были интерпретированы как шлейфы или суперплюмы, но, тем не менее, они слишком широкие, чтобы считаться узкими струями.Но теперь, отчасти благодаря большему количеству сейсмических станций, расположенных ближе друг к другу, и усовершенствованной теории, сейсмологический анализ планеты достаточно хорош, чтобы подтвердить, что нет узких мантийных плюмов, говорят Андерсон и Натланд. Вместо этого данные показывают, что есть большие, медленно движущиеся вверх куски мантии шириной в тысячу километров.
В теории мантийного плюма, объясняет Андерсон, тепло, которое передается вверх через струи, уравновешивается более медленным движением вниз охлажденных, широких, однородных кусков мантии. Поведение похоже на поведение лавовой лампы, в которой капли воска нагреваются снизу, а затем поднимаются, прежде чем остыть и упасть. Но фундаментальная проблема с этой картиной заключается в том, что для лавовых ламп требуется электричество, говорит он, а это внешний источник энергии, которого нет на изолированной планете, такой как Земля.
Новые измерения показывают, что на самом деле происходит прямо противоположное: вместо узких струй есть широкие апвеллинги, которые уравновешиваются узкими каналами опускающегося материала, называемыми плитами. Это движение движет не тепло от ядра, а охлаждение на поверхности Земли. Фактически, говорит Андерсон, это обычная мантийная конвекция, впервые предложенная более века назад лордом Кельвином.
Когда материал в коре планеты охлаждается, он тонет, вытесняя материал глубже в мантию и заставляя его подниматься вверх.«Новое невероятно просто: апвеллинги в мантии имеют диаметр в тысячи километров», — говорит Андерсон. Формирование вулканов следует из тектоники плит — теории движения и поведения земных плит.
Магма, которая менее плотна, чем окружающая мантия, поднимается, пока не достигнет дна плит или трещин, которые проходят через них. Напряжения в плитах, трещины и другие тектонические силы могут выдавливать магму наружу, как вода выжимается из губки.
Затем эта магма извергается с поверхности в виде вулканов. Магма исходит из верхних 200 километров мантии, а не на глубину тысяч километров, как предполагает теория мантийного плюма.«Это простая демонстрация того, что вулканы являются результатом нормальной крупномасштабной конвекции и тектоники плит», — говорит Андерсон. Он называет эту теорию «нисходящей тектоникой», основанной на первоначальных принципах мантийной конвекции Кельвина.
На этом снимке двигатель внутренних процессов Земли — это не тепло от ядра, а охлаждение на поверхности планеты. Это охлаждение и тектоника плит вызывают мантийную конвекцию, охлаждение ядра и магнитное поле Земли. Вулканы и трещины на плите — просто побочные эффекты.
По словам Натланда, результаты также имеют важное значение для состава горных пород — в частности, для соотношений определенных изотопов. Согласно идее мантийно-плюмового, измеренные составы являются результатом смешения материала из резервуаров, разделенных тысячами километров в верхней и нижней мантии.
Но если мантийных плюмов нет, то все это смешение должно было происходить в апвеллингах и близлежащей мантии в верхних 1000 километров Земли.Работа называется «Восходящие потоки мантии и механизмы океанического вулканизма».