• Виктор
  • Статьи
  • 2 мин. чтения

На сейсмограммах высокого разрешения разглядели детали загадочных неоднородностей в нижней мантии Земли


Области низкой скорости распространения поперечных волн в мантии Земли, по данным сейсмической томографии. / © Sanne Cotaar / Автор: Plinia Abito

Земная мантия — интересная и малоисследованная оболочка Земли, лежащая между корой и металлическим ядром. Представление о том, что под земной корой скрывается лишь равномерная каменная толща, далеко от истины: мантия состоит из нескольких слоев, каждый из которых обладает своими особенностями и неоднородностями. Изначально мантия была сложена ультраосновными силикатными и алюмосиликатными породами, такими как оливин, пироксен, плагиоклаз и продукты их трансформации высоким давлением.

Мантия находится в состоянии вязкопластичной конвекции : огромные массы горных пород перемешиваются на масштабах времени в десятки миллионов лет. Конвективные потоки переносят тепло от раскаленного ядра к поверхности, проходят через все слои мантии, претерпевая при этом изменения состава и свойств, и взаимодействуют со всеми встречающимися «по пути» структурами, такими как остатки литосферных плит, погрузившиеся в нее при субдукции.

Все, что мы знаем о структуре мантии, получено из сейсмических данных. Сейсмические волны преломляются и отражаются структурами мантии, и последовательность волн, зарегистрированных вдали от источника землетрясения, несет в себе информацию обо всех структурах, через которые прошли волны.

Схема распространения различных сейсмических волн в Земле. Focus of earthquake – точка, в которой произошло землетрясение. Основные процессы – рефракция (изгиб) при распространении в среде с изменяющейся плотностью, и отражение на границах разнородных слоев. / © http://pubs.usgs.gov/gip/interior/fig2.gif

В нижней части мантии сейсмологи нашли необычные структуры — так называемые крупные области с пониженной скоростью сдвига (large low-shear velocity provinces) и участки сверхнизкой скорости (Ultra-low velocity zones).

Точная природа аномалий неизвестна, но причины их возникновения могут быть как внутренними, так и внешними. Эти области могут быть основаниями мантийных плюмов или «кладбищами» литосферных плит, которые погрузились на самое дно мантии, а могут быть продуктом взаимодействия земного ядра с мантией или даже фрагментами мантии протопланеты Тейи, столкновение с которой породило Луну. Высокая плотность горных пород в областях пониженной скорости говорит против первых двух версий и в пользу последних двух.

В новом исследовании ученые из Кембриджского университета под руководством Чжи Ли (Zhi Li) «рассмотрели» области сверхнизкой скорости с рекордным пространственным разрешением, достигающим десятка километров. Для этого они регистрировали сейсмограммы землетрясений, волны которых проходили через области пониженной скорости «по касательной» и испытывали наибольшее отклонение, после чего проводили компьютерное моделирование распространения исходных волн в недрах Земли. Оригинальная статья с описанием исследования находится в открытом доступе.

Ученые «подгоняли» форму и параметры неоднородности в мантии, чтобы смоделированные сейсмограммы совпали с измеренными, и таким образом реконструировали структуру неоднородности и ее свойства.

Схема распространения сейсмических волн, использованных для исследования. Пунктирные окружности – границы слоев на глубинах 410 и 660 км, цвет отражает относительную аномалию скорости распространения поперечных волн (красный – замедление, синий – ускорение) / Рисунок из оригинальной статьи https://www.nature.com/articles/s41467-022-30502-5.pdf

Выяснилось, что лучше всего моделям соответствуют плоские «блины» шириной в несколько сотен километров и толщиной десятки километров. Скорость низкочастотных волн, отражающих структуру на крупных масштабах, падает в этих зонах на 20%, а высокочастотных, чувствительных к мелким неоднородностям, — на 40%.

При этом волны сдвигаются преломлением в сторону центра Земли, и высокочастотные волны сдвигаются сильнее низкочастотных. Это соответствует слоистой структуре: по-видимому, в зоне сверхнизкой скорости, где сейсмические волны и так замедляются, присутствует нижний слой толщиной в несколько километров: там скорость волн падает еще сильнее.

Схематическое изображение области сверхнизкой скорости и распространения сейсмических волн в ней. Pacific LLVP в левой части – тихоокеанская область с низкой скоростью сдвига, ULVZ – область сверхнизкой скоростью, CMB – граница ядра и мантии. / Рисунок из оригинальной статьи https://www.nature.com/articles/s41467-022-30502-5.pdf.

Авторы работы не делают однозначных выводов о природе изученных областей, но склоняются в пользу внутренних процессов. Они подчеркивают, что высокая плотность их пород должна быть связана с повышенным содержанием железа (которое в горных породах замещает гораздо более легкий магний).

Мантия Тейи — менее крупного и дифференцированного небесного тела, чем Земля — могла быть обогащена железом, но ее фрагментами трудно объяснить резкое понижение скорости волн в самом нижнем и очень тонком слое неоднородности.

Напротив, «растворение» земного ядра подходит больше: металлическое железо может окисляться на его границе, входя в состав горных пород, и тогда самый нижний слой горных пород будет наиболее обогащенным. Это могут подтверждать и измеренные изотопные аномалии лавы гавайских вулканов, расположенных в 2900 километрах над исследованной зоной, но связанных с ней мантийным плюмом.


Source: https://lib.zaplata.ru/geolog/na-seismogrammah-vysokogo-razresheniia-razgliadeli-detali-zagadochnyh-neodnorodnostei-v-nijnei-mantii-zemli.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Запад США ждет аномальная засуха. Впервые в истории правительство готовится к ограничениям подачи воды

На склонах Черного каньона, где расположена дамба Гувера, видны следы рекордно высокого уровня воды, достигнутого в 1983 году....

Магнитное поле молодой Земли объяснили токами в силикатной магме

©NASA, JPL-NAIF / Автор: Euclio Drusus Жизнь на Земле вряд ли была бы возможна без магнитосферы. Глобальное магнитное...

Геохимики рассказали о круговороте земной коры

Куски базальта в мантии напоминают шоколадные прослойки в мраморном пироге / Yang, Humauyn & Salters, Science Advances, 2020...

В центре ядра Земли открыли необычное мини-ядро

Лучами показаны сейсмические волны, с помощью которых ученые выявили ядро внутри земного ядра / ©Drew Whitehouse, National Computational...

Открыт новый тип землетрясений

Открыт новый тип землетрясений / ©Getty images / Автор: Cloelia Andronicus Надо сказать, ученые уже знали о существовании...

Ледяные керны помогли проследить два миллиона лет истории атмосферы

Профессор Эдвард Брук (Edward Brook) демонстрирует один из образцов, датированных возрастом два миллиона лет / ©Oregon State University...

GPS поможет предсказывать землетрясения

©UWI Seismic Research Centre / Автор: Messiena Lucretius Землетрясения могут быть по-настоящему катастрофическими, приводя к серьезным разрушениям и...

Геологи обнаружили «утечку» тяжелого железа из ядра Земли

©ThinkStock / Автор: Euclio Drusus Земная мантия начинается на глубине около 30 километров и, достигнув примерно 2900 километров,...

Геологи описали появление следующего суперконтинента

©Nicolle Fuller, Science Source / Автор: Сергей Данилов Одна из особенностей тектоники плит на Земле — периодическое появление...

Криптон в земном ядре стал «уликой» падения на нашу планету тел из внешней Солнечной системы миллиарды лет назад

Свечение сверхчистого криптона в газоразрядной трубке / ©Hi-Res Images of Chemical Elements / Автор: Euclio Drusus Научная работа...

Соленость воды оказалась ключевым фактором замерзания полярных морей

©Monja Šebela, Copernicus Sentinel-2 / Автор: Pinaria Caprarius Зимний холод остужает приповерхностные слои воды. Но это еще не...

Изменения климата грозят экстремальными потопами в городах и небольших водосборных бассейнах

©Universal Pictures / Автор: Messiena Lucretius Комплексное исследование провели специалисты из Центра Тиндалла по исследованию изменения климата и...

Внутреннее ядро Земли может быть богато кислородом

© Jin Liu / Автор: Александр Литвинов Кислород, необходимый для жизни большинства существ, — один из самых распространенных...

Геологи предположили, что ядро Земли меняет направление своего вращения

©Wikimedia Commons / Автор: Cloelia Andronicus Центральную часть нашей планеты разделяют на две части: жидкое внешнее ядро, движения...

Массовое вымирание 444 миллиона лет назад связали с резким уменьшением концентрации кислорода по всей Земле

Сланцевые и кремниевые отложения, обнаруженные на реке Пил (Юкон, Канада) и сформировавшиеся во времена позднего ордовикского периода и...

Геологи уточнили возраст внутреннего ядра Земли

©NASA / Автор: Plinia Abito Массивное железо-никелевое ядро нашей планеты разделяется на внутреннее твердое и внешнее жидкое. Конвекционный...

Противовирусные «локдауны» вдвое снизили уровень антропогенного сейсмического шума

©Ashok Boghani / Автор: Александр Литвинов Современное человечество создает все мыслимые формы загрязнений, от химических и радиоактивных до...

Ученые определили возможный возраст реки Янцзы

Река Янцзы / ©Getty images / Автор: Plinia Abito Работа опубликована в журнале Geophysical Research Letters. Споры о...

Геологи построили изображение внутреннего ядра Земли

Внутреннее ядро Земли, обработанное сейсмическими волнами PKIKP для двух разных регионов. Выборка траектории лучей PKIKP для внутреннего ядра,...

Часть Тихого океана обнаружили на глубине более 400 километров под Китаем

Одна из моделей геологического строения обнаруженной аномалии в вертикальном разрезе / ©Wang, X., Chen, QF., Niu, F. et...