Учёные обнаружили «теплоизоляционные заплатки» на границе ядра и мантии Земли

Современная сейсмическая томография позволила учёным обнаружить, что над границей ядра и мантии Земли, примерно в 2900 километрах под нашими ногами, существует тонкий слой толщиной около 300 километров со сложной структурой и неоднородным составом. Среди его особенностей — небольшие структуры, известные как зоны сверхнизких скоростей, которые привлекают пристальное внимание науки.

Профиль теплопроводности нижней мантии, где зоны сверхнизких скоростей обладают сверхнизкой теплопроводностью. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65430-7

Эти зоны обычно имеют ширину около сотни километров и высоту в десятки километров, напоминая небольшие заплатки, «пришитые» к основанию мантии. Несмотря на скромные размеры, по сравнению с окружающей мантией они демонстрируют аномально низкие сейсмические скорости и более высокую плотность.

Неразгаданные загадки зон

Из-за таких необычных характеристик оставалось неясным, как эти небольшие участки влияют на региональную термохимическую эволюцию, энергетический баланс и даже на работу магнитного поля Земли. Этот вопрос долгое время был одной из главных нерешённых проблем в науках о глубоких недрах Земли.

Чтобы разгадать эту тайну, международная группа исследователей под руководством профессора Вэнь-Пин Се из Института наук о Земле Академии Синика и Национального университета Тайваня использовала метод сверхбыстрой оптической спектроскопии в сочетании с алмазными наковальнями, создающими высокое давление и температуру.

Учёные точно измерили теплопроводность богатого железом магнезиовюстита — минерала, который, как предполагается, может формировать зоны сверхнизких скоростей. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Ключевые открытия и их значение

К удивлению исследователей, выяснилось, что богатый железом магнезиовюстит обладает исключительно низкой теплопроводностью, значительно более низкой, чем у окружающих материалов мантии. Моделирование данных показало, что уникальные особенности зон — низкая скорость, высокая температура и плотность — заставляют их вести себя как локальные теплоизоляционные «одеяла» у основания мантии.

Эти структуры могут значительно затруднять передачу тепла от ядра к мантии, изменяя пространственно-временное распределение теплового потока через границу раздела. В некоторых регионах они могут даже вызывать локальную тепловую стратификацию в верхней части ядра. Подобные эффекты имеют глубокие последствия для термохимической эволюции по обе стороны границы и для энергетического баланса, питающего геодинамо, что, в свою очередь, влияет на полярность и эволюцию магнитного поля Земли.

«Эти открытия представляют собой значительный шаг вперёд в нашем понимании теплопереноса и геодинамики в глубоких недрах Земли и являются важным шагом к разгадке сложной термохимической и динамо-эволюции, происходящей в самых глубоких слоях нашей планеты», — говорит ведущий автор исследования профессор Вэнь-Пин Се.

Учёный добавил, что о внутреннем устройстве планеты по-прежнему известно очень мало, и предстоит много работы, чтобы лучше понять её механизмы и историю.

Больше информации: Wen-Pin Hsieh et al, Spin transition in magnesiowüstite and ultralow thermal conduction in ultralow velocity zones, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65430-7