Геофізики виявили зв’язок між сейсмічними хвилями, які називаються попередниками PKP, і аномаліями в мантії Землі.
Нове дослідження показує, що попередні сейсмічні сигнали PKP, які роками спантеличували вчених, походять з регіонів надзвичайно низької швидкості, розташованих глибоко в Північній Америці та західній частині Тихого океану. Ці знахідки дослідників Університету Юти пов’язують ці регіони з важливими геологічними особливостями, такими як гарячі вулкани, використовуючи передові сейсмічні методи, щоб простежити їх походження до межі ядра та мантії.
Знайомство з PKP і сейсмічними головоломками
Протягом десятиліть з моменту відкриття сейсмічні сигнали, відомі як попередники PKP, були проблемою для вчених. Області нижньої мантії Землі розсіюють вхідні сейсмічні хвилі, які повертаються на поверхню у вигляді хвиль PKP з різною швидкістю.
Походження попередніх сигналів, які надходять до того, як головні сейсмічні хвилі проходять через ядро Землі, залишаються неясними, але дослідження під керівництвом геофізиків з Університету Юти пролили нове світло на цю таємничу сейсмічну енергію.
Згідно з дослідженням, опублікованим 10 серпня, предки PKP поширюються глибоко під Північною Америкою та західною частиною Тихого океану і можуть бути пов’язані із «зонами надзвичайно низької швидкості», тонкими шарами в мантії, де сейсмічні хвилі різко сповільнюються. в AGU Авансипровідний журнал Американського геофізичного союзу.
Пов’язка предків PKP з геологічними особливостями
«Це одні з найбільш екстремальних особливостей, коли-небудь виявлених на планеті, — сказав провідний автор Майкл Торн, доцент кафедри геології та геофізики в Університеті Юти. — Ми насправді не знаємо, що це таке, але ми знаємо одне Знаю, що вони, здається, накопичуються під розпеченими вулканами».
Ці шлейфи відповідають за вулканічну активність, яка спостерігається в Єллоустоунському національному парку, на Гавайських островах, Самоа, Ісландії та Галапагоських островах.
«Схоже, що ці дуже великі вулкани стоять сотні мільйонів років приблизно в одному місці», — сказав Торн. У попередній роботі він також виявив одну з найбільших відомих областей надзвичайно низької швидкості у світі.
«Район розташований безпосередньо під островом Самоа, а Самоа є одним із найбільших гарячих вулканів», — зазначив Торн.
Розвиток аналізу сейсмічних хвиль
Протягом майже століття геологи використовували сейсмічні хвилі, щоб досліджувати надра Землі, роблячи багато відкриттів, які інакше були б неможливі. Наприклад, інші дослідники з Університету Юти охарактеризували структуру твердого внутрішнього ядра Землі та відстежили його рух, аналізуючи сейсмічні хвилі.
Коли землетрус струсить поверхню Землі, сейсмічні хвилі проходять через мантію – динамічний шар гарячої породи товщиною 2900 кілометрів між земною корою та мінеральним ядром. Команда Торна зацікавлена в тих хвилях, які «розсіюються», коли вони проходять через нерегулярні структури, які змушують змінювати фізичний склад мантії. Деякі з цих розсіяних хвиль стають попередниками PKP.
Торн намагався визначити, де саме відбувається це розсіювання, особливо тому, що хвилі проходять через мантію Землі двічі, до і після проходження через рідке зовнішнє ядро Землі. Через цю подвійну подорож через мантію стало майже неможливо розрізнити, чи виникли попередні хвилі на стороні джерела чи приймача на шляху променя.
Інноваційні методи дослідження в сейсмології
Команда Торна, до якої входив асистент професора Сурья Патчаї, розробила метод моделювання хвиль, щоб виявити важливі ефекти, які раніше не спостерігалися.
Використовуючи сучасний метод ансамблю землетрусів і нові теоретичні спостереження за моделюванням землетрусів, дослідники змогли проаналізувати дані 58 землетрусів, які сталися навколо Нової Гвінеї та були зареєстровані в Північній Америці після того, як вони пройшли через планету.
«Я можу розмістити віртуальні приймачі будь-де на поверхні Землі, і це підкаже мені, як має виглядати сейсмограмма землетрусу в цьому місці, і ми можемо порівняти її з реальними записами, які ми маємо», — сказав Торн. «Тепер ми можемо передбачити, звідки надходить ця енергія».
Їхній новий метод дозволив їм визначити, де відбувається розсіювання вздовж межі між зовнішнім ядром рідкого металу та мантією, відомої як межа ядра та мантії, яка розташована на 2900 кілометрів нижче поверхні Землі.
Взаємодія ядра та мантії та дуже низько розташовані скелясті ділянки
Їхні висновки свідчать про те, що предки PKP, можливо, походили з регіонів, які є домом для регіонів з надзвичайно низькою швидкістю. Торн підозрює, що ці шари, які мають товщину лише від 20 до 40 кілометрів, утворюються там, де субдукційні тектонічні плити стикаються з межею між ядром і мантією в океанічній корі.
«Зараз ми виявили, що ці області з дуже низькою швидкістю знаходяться не лише під гарячими точками. Вони поширені по всьому кордону ядра та мантії під Північною Америкою», — сказав Торн. «Схоже, що ці області дуже низької швидкості активно генеруються. Ми не знаємо, як. Але оскільки ми бачимо їх поблизу субдукції, ми думаємо, що вони вже в атмосфері». Серединно-океанічний базальт «Цей матеріал плавиться, і таким чином він утворюється. Потім динаміка проштовхує цей матеріал крізь землю, і врешті-решт він накопичиться під гарячими точками».
За словами Торна, динаміка штовхає ці об’єкти по всій Землі, і врешті-решт вони накопичаться біля кордонів великих низькошвидкісних провінцій, які за композицією є різними континентальними особливостями під Тихим океаном і Африкою.
«Він також може накопичуватися під гарячими точками, але незрозуміло, чи ці області з дуже низькими викидами утворюються в результаті того самого процесу», — сказав він. Нам доведеться почекати майбутніх досліджень, щоб визначити наслідки такого процесу.
Довідка: «Дослідження регіонів із надзвичайно низькою швидкістю як джерела розсіювання PKP під Північною Америкою та західною частиною Тихого океану: можливі зв’язки з субдукцією океанічної кори» Майкл С. Торн, Сурія Патчаї, Мінмін Лі, Джеймі Уорд і Себастьян Руст, 10 серпень 2024, AGU Аванси.
DOI: 10.1029/2024AV001265
Дослідження, яке фінансувалося Національним науковим фондом, проводилося у співпраці з геологами з Університету штату Арізона та Університету Лідса у Великобританії.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
