У 2007 році над східною частиною Атлантичного океану супутники GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) зафіксували великомасштабну гравітаційну аномалію. Її причина, як встановили дослідники, криється не на поверхні, а глибоко в мантії Землі — ймовірно, у фазовому переході мінералу бриджманіту поблизу межі ядра. Цей процес збігся в часі з раптовими змінами магнітного поля. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження, опублікованого в Geophysical Research Letters.
Як супутники GRACE вимірюють зміни маси
Місія GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) — спільна програма Німецького центру авіації та космонавтики (DLR) і NASA — діяла з 2002 до 2017 року. Вона використовувала пару супутників, які вимірювали зміни в гравітаційному полі Землі, фіксуючи навіть незначні коливання у відстані між апаратами.
Такі зміни свідчать про переміщення мас на планеті: це можуть бути як сезонні коливання рівня ґрунтових вод чи танення льодовиків, так і довготривалі перерозподіли мас, зумовлені геологічними процесами. Проте команда дослідників на чолі з геофізикинею Шарлотт Ґоньє-Ґурантон (Charlotte Gaugne Gouranton) із Паризького міського університету вирішила перевірити, чи могли супутники зафіксувати не лише поверхневі, а й глибинні зміни.
Аналіз даних за 2006–2008 роки виявив дипольну гравітаційну аномалію з піком у січні 2007 року. Вона охоплювала майже 7 000 кілометрів над Східною Атлантикою: зона посиленого тяжіння межувала з зоною ослабленої. Це не виглядало як додавання або втрата маси — це був саме її перерозподіл.
Поверхневі процеси не пояснюють явище
Щоб виключити звичайні причини, дослідники змоделювали різні сценарії зміни мас: танення льодовиків, переміщення океанічних мас, зміни ґрунтових вод. Але жодна з моделей не пояснила масштаби, розташування й синхронність гравітаційної аномалії.
Ба більше, для того, щоб на поверхні виникла подібна гравітаційна структура, потрібна була б аномальна кількість води — фізично неможлива для такого короткого проміжку часу. Це підтверджує: причина, найімовірніше, криється не на поверхні, а глибоко всередині планети.
Паралельно з гравітаційною аномалією в тому ж регіоні було зафіксовано геомагнітне «рильце» — раптову, нетривалу зміну магнітного поля Землі. Це явище, що триває кілька місяців, пов’язують із динамікою у рідкому зовнішньому ядрі, яка досі лишається слабо вивченою.
Фазовий перехід бриджманіту — ключ до пояснення
Основний підозрюваний у справі — бриджманіт ((Mg,Fe)SiO₃), найпоширеніший мінерал у мантії. На глибинах близько 3 000 кілометрів, за надвисоких температур і тиску, він може змінити кристалічну структуру: перейти з форми перовськіту у так званий постперовськіт.
Постперовськіт — це щільніша фаза, у якій атоми мінералу розташовуються в нову просторову конфігурацію. Така зміна структури супроводжується миттєвою зміною густини речовини — і, відповідно, перерозподілом маси. Це достатньо для виникнення аномалії в гравітаційному полі, яку могли виявити супутники GRACE.
Саме така подія, на думку авторів дослідження, відбулася на межі мантії та ядра Землі у 2007 році.
Можливий зв’язок із внутрішніми структурами планети
Сейсмічні спостереження давно вказують на наявність у нижній мантії великих структур із відмінними властивостями — так званих «LLSVP» (Large Low Shear Velocity Provinces) або «бульб». У цих зонах спостерігається знижена швидкість проходження сейсмічних хвиль, що може свідчити про іншу щільність, температуру чи склад.
Виявлена гравітаційна аномалія розташована саме поблизу такої зони. Це дозволяє припустити, що фазовий перехід бриджманіту може відбуватися локалізовано — й бути пов’язаним із існуючими аномальними структурами в мантії.
Такі події можуть виявитися частішими, ніж вважалося раніше, але через слабкий сигнал і його «захованість» у шумі поверхневих даних лишалися непоміченими.
Що це означає для науки
Якщо гіпотеза підтвердиться, це буде перший задокументований приклад швидкої (у межах року) перебудови маси на глибині близько 3 000 км — тобто на самому порозі ядра Землі.
Важливість відкриття полягає в тому, що такі події можуть не лише впливати на гравітацію, а й прямо взаємодіяти з магнітним полем планети, яке формує зовнішнє ядро. А від стану магнітного поля залежить, зокрема, захист Землі від космічної радіації.
Дослідники планують продовжити аналіз із використанням даних новішої місії GRACE-FO, а також уточнити моделі фазових переходів у мантії, щоб зрозуміти, чи можна спрогнозувати подібні події в майбутньому.
Раніше ми писали: Науковці з’ясували, що Земля викликає іржу на Місяці
