Серия высокотемпературных экспериментов, выполненных геофизиками из Японии, показала, что нижняя мантия Земли обогащена кремнием.
Согласно традиционной модели внутреннего строения Земли, приведённой на рисунке ниже, в объёме мантии нашей планеты выделяются верхняя и нижняя области, а также переходная зона.Границы этих слоёв определены достаточно чётко и соответствуют участкам резкого изменения скорости распространения сейсмических волн, которая зависит от упругости и плотности среды. Верхний край мантии, напомним, проходит по разделу Мохоровичича, где скорости продольных волн, преодолевших земную кору, скачкообразно увеличиваются. На глубине в ~2 900 км скорости прохождения продольных волн, напротив, снижаются, что свидетельствует о пересечении раздела мантии и ядра.
Аналогичные скачки скорости наблюдаются и на глубинах в ~400 и ~650 км, в интервале между которыми располагается переходная зона. Поскольку никаких оснований не доверять сейсмологическим исследованиям нет, вопросов эта модель не вызывает, и специалисты лишь уточняют её, обозначая новые промежуточные сейсмические границы.

Недра Земли.

Настоящие проблемы возникают, когда строение Земли пытаются соотнести с теорией её происхождения и данными о минералогическом и химическом составе её вещества. Большинство учёных, к примеру, уверено в том, что в верхней мантии преобладает перидотит — порода, слагаемая преимущественно оливином и пироксеном. Сдвиги скоростей распространения волн в переходной зоне многие при этом связывают со структурной перестройкой оливина, а конкретнее — с превращением оливина α-(Mg, Fe)2SiO4 в вадслеит β-(Mg, Fe)2SiO4. Такой полиморфный переход свидетельствует о том, что содержание кремния в верхней и нижней мантии должно быть примерно одинаковым.
Это заключение противоречит результатам исследования хондритов (метеоритов, предположительно близких по составу к материалу, из которого была «построена» Земля). Геофизики уже давно установили, что кремния в хондритах заметно больше, чем в верхней мантии, и теперь пытаются отыскать скрытые запасы этого элемента в недрах Земли. Гипотез здесь всего две: сторонники первой считают, что кремний скрывается в ядре, а их противники утверждают, что концентрация кремния возрастает в нижней части мантии.
Пытаясь разобраться в этом вопросе, японцы взяли образцы двух минералов (силикат-перовскита (Mg, Fe)SiO3 и магнезиовюстита (Mg,Fe)O), которые присутствуют в нижней мантии, и оценили соответствующие им скорости распространения поперечных волн. При измерениях экспериментаторы создавали температуру и давление, характерные для глубоких слоёв нижней мантии, а собранную информацию затем сопоставляли с модельными расчётами и сейсмологическими данными.
В итоге выяснилось, что объёмная доля перовскита в нижней мантии чрезвычайно велика — превышает 93%. Если это действительно так, недостающий кремний можно считать найденным.
Комментируя неожиданные результаты исследования, коллеги авторов высказываются очень осторожно и указывают на погрешности в измерении температуры, которые могли привести к ошибкам. «Работа, безусловно, интересная, но я всё же предлагаю не спешить с выводами и подождать новых опытных данных», — говорит сотрудник Университета Стони-Брук Баошэн Ли (Baosheng Li).
Отчёт о новых экспериментах опубликован в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.