Două picături masive din mantaua Pământului îi derutează pe oamenii de știință cu proprietățile lor surprinzătoare
O vedere 3D a picăturii din mantaua Pământului de sub Africa, prezentată în culori roșu-galben-portocaliu. Culoarea cyan reprezintă limita nucleu-manta, albastrul semnifică suprafața, iar griul transparent semnifică continentele. Credit: Mingming Li/ASU
Pământul este stratificat ca o ceapă, cu o crustă exterioară subțire, o manta groasă, slimoasă, un miez exterior fluid și un miez interior solid. În mantie, există două structuri masive în formă de lacrimă, aproximativ pe părțile opuse ale planetei. Picăturile, denumite mai formal Large Low Shear Provinces (LLSVP), au fiecare dimensiunea unui continent și de 100 de ori mai sus decât Muntele Everest. Unul se află sub continentul african, în timp ce celălalt este sub Oceanul Pacific.
Folosind instrumente care măsoară undele seismice, oamenii de știință știu că aceste două picături au forme și structuri complicate, dar, în ciuda caracteristicilor lor importante, se știe puțin despre ce există sau ce le-a cauzat duce la formele lor ciudate.
Oamenii de știință Qian Yuan și Mingming Li de la Universitatea de Stat din Arizona de la Școala de Explorare a Pământului și Spațiului și-au propus să afle mai multe despre aceste două picături utilizând modelarea geodinamică și analizele studiilor seismice publicate. Prin cercetările lor, ei au reușit să determine înălțimile maxime atinse de picături și modul în care volumul și densitatea picăturilor, precum și vâscozitatea înconjurătoare în manta, le-ar putea controla înălțimea. Cercetarea lor a fost publicată recent în
The results of their seismic analysis led to a surprising discovery that the blob under the African continent is about 621 miles (1,000 km) higher than the blob under the Pacific Ocean. According to Yuan and Li, the best explanation for the vast height difference between the two is that the blob under the African continent is less dense (and therefore less stable) than the one under the Pacific Ocean.
To conduct their research, Yuan and Li designed and ran hundreds of mantle convection models simulations. They exhaustively tested the effects of key factors that may affect the height of the blobs, including the volume of the blobs and the contrasts of density and viscosity of the blobs compared with their surroundings. They found that to explain the large differences of height between the two blobs, the one under the African continent must be of a lower density than that of the blob under the Pacific Ocean, indicating that the two may have different composition and evolution.
“Our calculations found that the initial volume of the blobs does not affect their height,” lead author Yuan said. “The height of the blobs is mostly controlled by how dense they are and the viscosity of the surrounding mantle.”
“The Africa LLVP may have been rising in recent geological time,” co-author Li added. “This may explain the elevating surface topography and intense volcanism in eastern Africa.”
These findings may fundamentally change the way scientists think about the deep mantle processes and how they can affect the surface of the Earth. The unstable nature of the blob under the African continent, for example, may be related to continental changes in topography, gravity, surface volcanism and plate motion.
“Our combination of the analysis of seismic results and the geodynamic modeling provides new insights on the nature of the Earth’s largest structures in the deep interior and their interaction with the surrounding mantle,” Yuan said. “This work has far-reaching implications for scientists trying to understand the present-day status and the evolution of the deep mantle structure, and the nature of mantle convection.”
Reference: “Instability of the African large low-shear-wave-velocity province due to its low intrinsic density” by Qian Yuan and Mingming Li, 10 March 2022, Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-022-00908-3