Дослідники виявили, що магматичні камери під вулканами Каскадного хребта зберігаються навіть тоді, коли вулкани сплять, що кидає виклик попереднім припущенням. Це відкриття може покращити моніторинг вулканів і прогнозування вивержень. Нове дослідження під керівництвом Корнельського університету ставить під сумнів давню думку про те, що діючі вулкани містять великі магматичні тіла, які викидаються під час вивержень і поступово розсіюються, коли вулкани стають сплячими.

Використовуючи сейсмічні хвилі, дослідники ідентифікували осередки магми під шістьма вулканами різного розміру та стану спокою в межах Каскадного хребта, який включає половину вулканів США, визначених Геологічною службою США як «дуже висока загроза». Команда виявила, що всі вулкани, включаючи сплячі, містять стійкі та значні магматичні тіла.

Дослідження, очолюване докторантом Гуаннінгом Пангом, було опубліковано в Nature Geoscience, співавтором якого є Джеффрі Аберс, професор геологічних наук. Їхні результати дивують, враховуючи, що деякі з цих вулканів, такі як вулкан Крейтер-Лейк в Орегоні, не були активними протягом тисячоліть.

Магматичні тіла існують протягом усього життя вулкана

«Незалежно від частоти вивержень, ми бачимо великі магматичні тіла під багатьма вулканами», — сказав Панг. «Схоже, що ці магматичні тіла існують під вулканами протягом усього свого життя, а не лише під час активного стану».

Той факт, що більше вулканів зберегли магматичні тіла, є важливим фактором для того, як дослідники можуть контролювати та прогнозувати майбутню вулканічну активність. Геологічна служба США розширює та модернізує свої мережі моніторингу вулканів у Каскадному хребті та в інших місцях у рамках Національної системи раннього попередження про вулкани з метою виявлення сигналів про неминуче виверження якомога раніше.

«Раніше ми думали, що якщо ми знайдемо велику кількість магми, це означало збільшення ймовірності виверження, — сказав Панг, — але тепер ми змінюємо уявлення про те, що це базова ситуація».

Результати свідчать про те, що виверження не повністю виснажує камеру магми, натомість воно випускає частину надлишкового об’єму та тиску. Камеру можна повільно розширювати і заповнювати з часом за рахунок поступового танення кірки.

«Якби ми мали краще загальне розуміння того, де знаходиться магма, ми могли б зробити набагато кращу роботу з націлювання та оптимізації моніторингу», — сказав Аберс, зазначивши, що існує «велика кількість вулканів, які рідко спостерігаються або не були предметом інтенсивного вивчення».

Прихований під шарами породи та розплавленого металу, внутрішнє ядро Землі довгий час вважалося твердою сферою. Однак нове дослідження свідчить, що його поверхня зазнає структурних змін і наразі змінює свою форму. Це означає, що центр Землі є набагато динамічнішим, ніж вважалося раніше, що може повністю змінити наше розуміння еволюції планети, її магнітного поля та обертання. Ці відкриття не лише поглиблюють наше знання про внутрішню будову Землі, а й ставлять перед нами нові запитання про сили, які діють у надрах нашої планети.

Будова Землі: основи

Внутрішня структура Землі схожа на велетенський багатошаровий торт, що складається з чотирьох основних шарів: кори, мантії, зовнішнього ядра та внутрішнього ядра.

• Кора — це тонкий зовнішній шар, на якому ми живемо. Вона складається з великих тектонічних плит, що постійно рухаються.
• Мантія, яка простягається на глибину приблизно 2900 км, складається з гарячої, напівтвердої породи, що повільно переміщується.
• Зовнішнє ядро містить розплавлені залізо та нікель, що циркулюють і створюють магнітне поле Землі, яке захищає нас від сонячного випромінювання.
• Внутрішнє ядро — це тверда куля з заліза та нікелю, температура якої перевищує 5000°C і є вищою, ніж на поверхні Сонця.

Попри надзвичайну спеку, величезний тиск утримує внутрішнє ядро у твердому стані. Оскільки вчені не можуть пробурити таку глибину, вони використовують сейсмічні хвилі від землетрусів для вивчення того, що відбувається всередині планети. Саме таким методом і проводилося це дослідження.

Новий погляд на внутрішнє ядро Землі

Внутрішнє ядро, розташоване на глибині 4800 км, вважалося суцільною твердою сферою. У рамках цього дослідження вчені зосередилися на вивченні руху внутрішнього ядра та зміні швидкості його обертання. Вони прагнули зрозуміти, чому внутрішнє ядро спочатку оберталося повільніше, ніж сама Земля, а потім у 2010 році знову почало прискорюватися. Аналізуючи сейсмічні дані за кілька десятиліть, науковці несподівано виявили, що поверхня внутрішнього ядра змінює свою форму.

Результати аналізу сейсмічних хвиль

Серед великої кількості сейсмічних записів деякі дані виявилися аномальними. Подальший аналіз показав, що внутрішнє ядро не є повністю твердим, а може змінювати свою форму. Методика дослідження була відносно простою. Вчені вивчили сейсмічні хвилі від землетрусів, що сталися в районі Південних Сандвічевих островів в Антарктиці у період з 1991 по 2024 рік. В одному з наборів даних вони знайшли незвичні характеристики, які натякали на значні зміни всередині ядра Землі.

Динамічні зміни у внутрішньому ядрі

Аналіз великої кількості даних показав, що процеси у внутрішньому ядрі значно складніші, ніж передбачали попередні геологічні моделі. Дані сейсмічних хвиль свідчать про те, що внутрішнє ядро не є стабільним і постійно змінюється, зазнаючи складних процесів деформації з плином часу.

Вплив турбулентного зовнішнього ядра

Вчені виявили, що взаємодія між внутрішнім і зовнішнім ядром викликає ці структурні зміни. Раніше вважалося, що турбулентні потоки розплавленого заліза в зовнішньому ядрі не можуть впливати на внутрішнє ядро протягом людського життя. Однак тепер стало очевидним, що зовнішнє ядро спричиняє деформацію поверхневого шару внутрішнього ядра, змушуючи його змінювати форму. Професор Джон Відейл, керівник дослідження, вважає, що деякі ділянки внутрішнього ядра могли зміститися на понад 100 метрів.

«Швидше за все, це відкриття жодним чином не впливає на наше повсякденне життя, але ми справді хочемо зрозуміти, що відбувається в самому центрі Землі», — зазначив професор Відейл.

Подальші наслідки дослідження

Ці відкриття можуть значно покращити наше розуміння теплових та магнітних процесів у надрах Землі. Вчені також припускають, що ці зміни можуть бути пов’язані зі змінами магнітного поля Землі.

«Магнітне поле Землі за останні десятиліття зазнавало різких змін, і ми хотіли б дізнатися, чи пов’язані вони з тим, що відбувається на межі внутрішнього ядра», — додав професор Відейл.

Кращі знання про ці процеси можуть допомогти вдосконалити моделі утворення магнітного поля, тектоніки плит та навіть довготривалої стабільності клімату планети.

Багато питань залишаються відкритими

Це дослідження не лише кидає виклик усталеним геологічним моделям, а й нагадує нам, що навіть найфундаментальніші аспекти нашої планети ще можуть бути переосмислені. Те, що раніше вважалося статичною та твердою масою, виявилося динамічною, змінною структурою.

Але залишається багато питань:

• Що визначає швидкість цих змін?
• Як вони впливають на ширші геодинамічні процеси планети?
• Чи можуть подібні механізми діяти у ядрах інших небесних тіл?

Зі стрімким розвитком технологій та вдосконаленням аналізу сейсмічних даних ми поступово розкриваємо таємниці глибин Землі, які раніше залишалися недосяжними для науки. Повний текст дослідження було опубліковано в журналі Nature Geoscience.