Знание-сила, 2006 № 01 (943)

80-е годы XX века стали временем проникновения взгляда исследователей в глубь Земли, до самого ее ядра. Было сделано очень важное открытие. Оказалось, что мы можем закартировать положение астеносферы. И обнаружилось, что это отнюдь не ровная поверхность. Разница в положении "зеркала" астеносферы может составлять до пяти километров. И разница эта обусловлена тем, над каким полем находится астеносфера — горячим или холодным.

Если совместить карту распределения горячих точек и горячих полей на поверхности Земли с данными сейсмической томографии, то обнаружится, что не меньше чем 85 процентов всех горячих точек и все контуры горячих полей совпадают с горячими областями в нижней мантии".

Следующий важный шаг в решении загадки, что же заставляет плиты двигаться, сделали японские геофизики в начале 90-х годов.

Н. Максимов "Ледоколы земной геологии". 1997

"Мантия — слой между твердой поверхностью планеты и ее ядром, занимающий больше восьмидесяти процентов объема Земли, предстала в виде сложной и целостной системы горячих (восходящих) и холодных (нисходящих) потоков вещества.

Поражают размеры этих структур — они свидетельствуют о том, что обмен вещества между верхней и нижней мантией происходит очень активно и на протяжении очень длительного времени.

Проделав сложнейшую работу, японцы дали фактический материал большой важности. Но так и не нашли достойного ответа на вопрос: как огромные вертикальные перемещения вещества согласуются с горизонтальными движениями твердых плит?

А если подойти совсем с другой стороны?

Н. Максимов "Шаг вперед, два шага вниз". 1999

"Российские ученые В. Трубицын и В. Рыков не стали строить гипотезы, позволяющие примирить новые факты с уже имеющимися. Они начали с нуля и создали стройную и красивую математическую модель, описывающую конвекцию в мантии Земли с учетом влияния на нее океанической литосферы и дрейфующих континентов.

Наглядный результат их сложной и долгой работы прост — это компьютерная программа, выдающая последовательность разнообразных цветных двухмерных картинок, на которых происходит перемещение нескольких модельных континентов и вещества мантии под ними.

Известно, что с момента рождения на Земле континентов примерно через каждые восемьсот миллионов лет на нашей планете возникали единые суперконтиненты: Моногея — 2,6-2,4 миллиарда лет назад; Мегагея — 1,8: Мезогея — 1; Пангея — 200 миллионов лет назад.

Раньше было ясно, что конвекционные потоки в мантии перемещают континентальные плиты по земному шару, но механизм, который заставляет их собираться с такой периодичностью, оставался загадкой, и считалось, что это результат очень большого числа взаимодействующих хаотических процессов. Российские ученые выяснили, что это "нечто" есть сами континенты. Сами континенты управляют сложной динамикой в недрах Земли, играя "на клавишах" восходящих и нисходящих потоков вещества в мантии. Вновь возникающий мощный нисходящий поток, как воронка, затягивает вещество в глубь Земли и одновременно сбивает в кучу континенты. Но стоит заткнуть эту воронку твердой пробкой из континентов, как примерно через двести миллионов лет мантия под ними нагреется и, вместо нисходящего холодного потока, здесь возникает поток восходящий и горячий. Он, в свою очередь, разбивает единый суперконтинент и разносит образовавшиеся его части в разные стороны, пока вновь, через сотни миллионов лет, на другом месте не начнет действовать воронка нисходящего потока.

...До сегодняшнего дня геохимики утверждают, что, судя по анализу пород на поверхности Земли, существуют два резервуара поступления вещества из мантии.

Однако, по данным сейсмологии, получается, что зоны столкновения литосферных плит уходят глубоко до ядра и ни о каких двух резервуарах речи идти не может. Эти глубинные разломы, подобно ножу, разбивающему яйцо, нарушают двухуровневые ячейки конвекции в мантии.

Как согласовать такие разные позиции? В. Трубицын утверждает, что двухслойной конвекция была на начальных стадиях формирования Земли, а потом стала общемантийной. По его расчетам, оказалось, что в горячей мантии возникает многоэтажная конвекция, а с понижением температуры мантия становилась более вязкой и в настоящий момент может перемешиваться в основном только как целое. Современного нагрева уже недостаточно для полного поддержания двухъячеистой конвекции. А на полученных учеными картах видно, что в мантии Земли сейчас в основном существует одноячеистая конвекция, перемешивающая вещество до самого ядра. Но и геохимики тоже правы! Сведения о двух резервуарах запечатлены в породах, которые образовались не сегодня, а значит, несут информацию о двухъячеистой конвекции, существовавшей в мантии в прошлые несколько миллиардов лет!"