Если бы Земля была прозрачной, привычная картина планеты оказалась бы гораздо страннее школьной схемы с аккуратными слоями коры, мантии и ядра. Почти в 2900 километрах под нашими ногами, непосредственно над жидким внешним ядром, находятся две колоссальные структуры. Одна скрывается примерно под Африкой, другая — под Тихим океаном. Они настолько велики, что геофизики иногда неформально сравнивают их с подземными континентами.
Научное название этих образований звучит менее эффектно — крупные низкоскоростные провинции, или LLSVPs. Их невозможно увидеть, пробурить или взять оттуда образец: самые глубокие скважины человечества проникли лишь на ничтожную долю расстояния до границы ядра и мантии. Тем не менее мы знаем, что LLSVPs существуют, потому что Земля фактически позволяет сделать себе гигантскую сейсмическую томографию.
После мощного землетрясения сейсмические волны проходят через внутренние области планеты и регистрируются станциями по всему миру. Их скорость и траектория зависят от температуры, плотности и состава вещества. Примерно так врач по рентгеновскому или томографическому изображению делает вывод о скрытых структурах тела, геофизики восстанавливают трехмерную картину недр Земли. И в двух огромных областях нижней мантии сейсмические волны ведут себя необычно.
Масштаб поражает. Эти структуры возвышаются над границей ядра и мантии примерно на 800–1000 километров и простираются на тысячи километров по горизонтали. Но гораздо интереснее вопрос, что они собой представляют. Одного универсального ответа пока нет.
Самое простое объяснение предполагало, что перед нами особенно горячие участки мантии. Чем выше температура горной породы, тем медленнее через нее распространяются некоторые сейсмические волны. Однако накопившиеся наблюдения плохо укладываются в картину чисто температурной аномалии. Сегодня серьезно рассматривается вариант термохимических структур: вещество внутри LLSVPs отличается от окружающей мантии не только температурой, но и химическим составом и плотностью.
Откуда же в глубине Земли взялось столько необычного вещества? Одна гипотеза превращает LLSVPs в своеобразное кладбище исчезнувшей поверхности нашей планеты. Океаническая кора постоянно рождается в одних местах и погружается в мантию в других. В зонах субдукции одна тектоническая плита уходит под другую, после чего ее материал начинает многомиллионное путешествие вниз.
За миллиарды лет на глубине могли накопиться огромные объемы переработанной океанической коры. Возникает почти головокружительная картина: часть вещества, когда-то находившегося на дне древних океанов и соприкасавшегося с водой, могла постепенно опуститься на тысячи километров и оказаться возле самого ядра.
Недавние лабораторные исследования сделали эту гипотезу интереснее. Ученые изучали поведение минералов при колоссальном давлении, соответствующем нижней мантии. Особое внимание привлекли высокобарические формы диоксида кремния SiO₂, присутствующего в материале погруженной океанической коры. Эксперименты показали, что скорость сдвиговых сейсмических волн в таком веществе может быть примерно на 7–14% ниже некоторых прежних оценок.
Это существенно меняет расчеты. Чтобы получить наблюдаемую сейсмическую картину LLSVPs, может потребоваться не почти полностью необычный материал, а смесь, содержащая порядка 23–33% переработанной океанической коры. Такой объем уже можно сопоставить с количеством коры, которое тектоника плит потенциально могла отправить в глубокую мантию примерно за два миллиарда лет.
Получается своеобразный геологический «коктейль»: горячее вещество глубокой мантии перемешано с остатками поверхности, исчезнувшей сотни миллионов и даже миллиарды лет назад. В таком случае LLSVPs могут оказаться огромным архивом тектонической истории Земли.
Но существует значительно более экзотическая версия. Возможно, часть вещества этих подземных континентов вообще родилась не на Земле.
Примерно 4,5 миллиарда лет назад молодая Земля, согласно ведущей модели происхождения Луны, столкнулась с протопланетой размером приблизительно с Марс, которую называют Тейей. Катастрофа выбросила огромное количество вещества на околоземную орбиту, где из обломков впоследствии сформировалась Луна. Но весь материал Тейи вовсе не обязан был улететь в космос.
Компьютерные модели допускают, что часть ее мантии могла смешаться с веществом Земли. Если эти фрагменты были примерно на 2–3,5% плотнее окружающей земной мантии, они постепенно опускались вниз и могли сохраниться возле границы ядра на протяжении миллиардов лет. Тогда две загадочные области под Африкой и Тихим океаном могут быть чем-то почти невероятным — остатками другой планеты, законсервированными внутри нашей.
Это пока гипотеза, а не установленный факт. Более того, версии о накоплении океанической коры и наследии Тейи не обязательно сводятся к простому выбору между двумя взаимоисключающими сценариями. История глубокой мантии могла быть гораздо сложнее: древние химически неоднородные резервуары могли существовать миллиарды лет, взаимодействуя с погружающимися плитами и потоками горячего вещества.
LLSVPs важны еще и потому, что способны быть связаны с процессами гораздо ближе к поверхности. По краям этих гигантских областей могут зарождаться восходящие потоки горячей мантии — плюмы. Поднимаясь на тысячи километров, они способны питать масштабный вулканизм. Таким образом, структура у самого ядра потенциально может отражаться на геологических событиях почти у нас под ногами.
И здесь возникает удивительный парадокс современной науки. Космические аппараты сфотографировали обратную сторону Луны, зонды садились на Марс, а телескопы наблюдают галактики, свет от которых шел к нам миллиарды лет. Но никто никогда не увидит непосредственно огромные структуры всего в трех тысячах километров под поверхностью Земли. Мы узнаем о них по секундным задержкам и едва заметным изменениям сейсмических волн.
В каком-то смысле глубокая Земля остается последним внутренним космосом человечества. Каждый сильный толчок превращается в эксперимент, позволяющий на несколько мгновений просветить планету насквозь. Лабораторные установки воспроизводят чудовищные давления, компьютерные модели прокручивают миллиарды лет геологической эволюции, а из этих разрозненных данных постепенно складывается история мира, в который человек физически добраться не способен.
Поэтому два гигантских образования у границы ядра и мантии — гораздо больше, чем странность на сейсмической карте. Они могут хранить следы исчезнувших океанов, миллиардов лет движения тектонических плит и, возможно, величайшей катастрофы ранней истории Земли — столкновения, после которого на нашем небе появилась Луна.
Мы привыкли искать следы древней истории планет на Луне, Марсе и астероидах. Но один из самых древних архивов Солнечной системы, возможно, находится намного ближе — прямо под нами. До него всего около 2900 километров. И именно эти километры пока остаются одной из самых труднодоступных территорий во всей известной нам Вселенной.
А затем «Добавить на главный экран».
