Земля багатошарова, як цибулина: з тонкою зовнішньою корою, товстою в’язкою мантією, рідким зовнішнім ядром і твердим внутрішнім. У мантії є дві масивні краплеподібні структури приблизно на протилежних сторонах планети. Ці “плями”, офіційно звані великими провінціями з низькою швидкістю зсуву (LLSVP) — розміром з континент і в 100 разів вище гори Еверест. Одна знаходиться під Африканським континентом, інша — під Тихим океаном.
Використовуючи інструменти, що вимірюють сейсмічні хвилі, вчені знають, що ці два згустки мають складну форму і структуру, але, незважаючи на їх видатні особливості, мало що відомо про те, чому ці «плями» існують або що призвело до їх дивній формі.
Вчені арізонського Державного університету Цянь Юань та Мінгмінг Лі зі школи дослідження Землі та космосу вирішили дізнатися більше про ці дві «плями», використовуючи геодинамічне моделювання та аналіз опублікованих сейсмічних досліджень. Завдяки своїм дослідженням, вони змогли визначити максимальну висоту, яку вони досягають, і те, як їх обсяг і щільність, а також навколишня в’язкість в мантії можуть контролювати їх висоту.
Результати їх сейсмічного аналізу призвели до несподіваного відкриття що “пляма” під Африканським континентом приблизно на 1000 км вище, ніж аналогічна під Тихим океаном. За словами Юаня та Лі, найкраще пояснення величезної різниці у висоті між ними полягає в тому, що “пляма” під Африканським континентом менш щільна (і, отже, менш стабільна), ніж під Тихим океаном.
Для проведення своїх досліджень Юань і Лі розробили та запустили сотні моделей мантійної конвекції. Вони ретельно перевірили вплив ключових факторів, які можуть вплинути на їх висоту, включаючи обсяг і контрасти щільності і в’язкості в порівнянні з їх оточенням. Вони виявили, що для того, щоб пояснити велику різницю в висоті між двома “плямами”, та, яка знаходиться під Африканським континентом повинна мати меншу щільність, ніж щільність під Тихим океаном, що вказує на те, що вони можуть мати різний склад і еволюцію.
“Наші розрахунки показали, що початковий обсяг “плями“ не впливає на їх висоту», — розповів Юань.
“Африканський LLVP міг рости останнім часом. Це може пояснити підвищену топографію поверхні та інтенсивний вулканізм у Східній Африці”, – додав Лі.
Ці відкриття можуть докорінно змінити уявлення вчених про глибинні мантійні процеси і про те, як вони можуть вплинути на поверхню Землі. Наприклад, нестабільна природа “плями” під Африканським континентом може бути пов’язана з континентальними змінами в топографії, гравітації, поверхневим вулканізмом і рухом плит.
“Наше поєднання аналізу результатів сейсморозвідки та геодинамічного моделювання дозволяє по-новому поглянути на природу найбільших структур землі в надрах та їх взаємодію з навколишньою мантією», — сказав Юань. «Ця робота має далекосяжні наслідки для вчених, які намагаються зрозуміти сучасний стан і еволюцію глибинної структури мантії, а також природу мантійної конвекції».