3D-pogled kapljice v Zemljinem plašču pod Afriko, prikazan z rdeče-rumeno-oranžnimi barvami. Modra barva predstavlja mejo med jedrom in plaščem, modra površino, prozorno siva pa celine. kredit: Mingming Li/ASU

Zemlja je plastna kot čebula s tanko zunanjo plastjo, debelim viskoznim plaščem, tekočim zunanjim jedrom in trdnim notranjim jedrom. Znotraj plašča sta dve veliki strukturi, podobni mehurjem, približno na nasprotni strani planeta. Kapljice, uradno znane kot velike province nizke hitrosti (LLSVP), so velikosti vsake celine in so 100-krat višje od Mount Everesta. Ena je pod afriško celino, druga pa pod Tihim oceanom.

Z instrumenti, ki merijo seizmične valove, znanstveniki vedo, da imata ti dve kapljici zapletene oblike in strukture, a kljub njunim ključnim značilnostim je malo znanega o tem, zakaj kapljice obstajajo ali kakšna je njihova čudna oblika.

Znanstvenika z univerze Arizona State University Qian Yuan in Mingming Li iz Šole za raziskovanje Zemlje in vesolja sta se odločila izvedeti več o teh dveh kapljicah z uporabo geodinamičnega modeliranja in analize objavljenih seizmičnih študij. S svojimi raziskavami so lahko ugotovili, kako kapljice dosežejo največjo višino in kako lahko prostornina in gostota kapljic ter viskoznost okolice v plašču nadzorujeta njihovo višino. Njihova raziskava je bila nedavno objavljena v geologija narave,

Rezultati njihove seizmične analize so privedli do presenetljivega odkritja, da je padec pod afriško celino približno 1000 km višji od padca pod Tihim oceanom. Po mnenju Yuana in Lija je najboljša razlaga za veliko višinsko razliko med obema ta, da je pika pod afriško celino manj gosta (in zato manj stabilna) kot tista pod Tihim oceanom.

Za izvedbo svojih raziskav sta Yuan in Li zasnovala in izvedla na stotine simulacij konvekcijskega modela plašča. Podrobno so opisali učinke ključnih dejavnikov, ki lahko vplivajo na višino kapljic, vključno s prostornino kapljic ter kontrasti gostote in viskoznosti kapljic v primerjavi z njihovo okolico. Ugotovili so, da mora imeti dno afriške celine nižjo gostoto kot dno Tihega oceana, da bi pojasnili velike razlike v višini med obema kapljicama, kar kaže, da sta sestava in razvoj obeh lahko različni.

“Naši izračuni so pokazali, da začetni volumen blob ni vplival na njihovo višino,” je dejal glavni avtor Yuan. “Višina kapljic je odvisna predvsem od njihove gostote in viskoznosti okoliškega plašča.”

“Afriški LLVP se v zadnjem času povečuje,” je dejal soavtor Lee. “To lahko pojasni povišano topografijo površine in intenziven vulkanizem v vzhodni Afriki.”

Te ugotovitve bi lahko bistveno spremenile način, kako znanstveniki razmišljajo o procesih globokega plašča in kako ti vplivajo na zemeljsko površino. Na primer, nestabilna narava kapljice pod afriško celino je lahko povezana s celinskimi spremembami topografije, gravitacije, površinskega vulkanizma in gibanja plošč.

“Naša kombinacija analize seizmičnih rezultatov in geodinamičnega modeliranja zagotavlja nov vpogled v naravo največjih struktur Zemlje v globoki notranjosti in njihove interakcije z okoliškim plaščem,” je dejal Yuan. “To delo ima daljnosežne posledice za znanstvenike, ki poskušajo razumeti trenutno stanje in razvoj globoke strukture plašča in naravo konvekcije plašča.”

Referenca: “Nestabilnost afriške velike province z nizko strižno valovno hitrostjo zaradi njene nizke notranje gostote”, Qian Yuan in Mingming Li, 10. marec 2022, geologija narave,
DOI: 10.1038/s41561-022-00908-3