• 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

Наблюдения за магнитным полем в древности пролили свет на его поведение в будущем

Наблюдения за магнитным полем в древности пролили свет на его поведение в будущем / ©Getty images / Автор:...

Во времена ледяного человека Этци часть альпийских вершин, возможно, была свободна ото льда

Место находки тела Этци отмечено красной меткой / ©ru.wikipedia.org / Автор: Владимир Богданов Исследование опубликовано в журнале Scientific...

Океанологи обнаружили крупнейшее извержение вулкана в голоцене

Расположение кальдеры Кикай на карте / © ru.wikipedia.org Извержения вулканов имеют решающее значение не только для геологии планеты,...

Лисички взяли спички: взорвется ли Черное море?

Черное море / ©Getty images / Автор: Messiena Lucretius «Показать вам ближайшее место, где выходит метан? Вот в...

Ранняя Земля подвергалась бомбардировке астероидов размером с город

Ранняя Земля подвергалась бомбардировке астероидов размером с город / ©Getty images / Автор: Euclio Drusus Исследование представили на...

В нижней мантии нашли «островки» ранней Земли

©Johan Swanepoel / Автор: Sycophanta Duccius Между корой и ядром Земли находится мантия — толстый слой горячей и...

Геологи нашли следы «мегаизвержений», которые пережило человечество в каменном веке

©Mark Garlick / Автор: Telestis Scaevinius Самым мощным в письменной истории считается извержение вулкана Тамбора в 1815 г....

Ученые узнали, как образовался антарктический лед

Ученые узнали, как образовался антарктический лед / ©Getty images / Автор: Telestis Scaevinius Во времена раннего кайнозоя Земля...

Показано, что Земля была готова к «взрыву» жизни уже 2,7 миллиарда лет назад

Показано, что Земля была готова к «взрыву» жизни уже 2,7 миллиарда лет назад / ©Getty images / Автор:...

Геологи уточнили возраст внутреннего ядра Земли

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

Геологи нашли пропавшую тектоническую плиту

Трехмерная блок-схема Северной Америки, показывающая томографическое изображение мантии. Метод развертывания плиты, используемый для выравнивания тектонической плиты Фараллон /...

Геофизики определили, как формировались земные континенты

Геофизики определили, как формировались земные континенты / ©Getty images / Автор: Сергей Данилов Работа опубликована в журнале Earth...

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...

«Поющая» лава поможет предсказанию опасных извержений

Поток лавы, вырвавшийся с вершины Килауэа в 2018 году /©USGS / Автор: Plinia Abito Когда большой фрагмент породы...

Главной причиной вымирания динозавров назвали извержения вулканов

Иллюстрация извержения сибирских вулканов, ставшего причиной пермско-триасового вымирания / © KaiserScience / Автор: Messiena Lucretius Группа ученых из...

Фрагменты Тейи могут сохраняться в земной мантии

©Maria Tsekhmistrenko / Автор: Наталья Федосеева Глубоко в недрах Земли ее ядро окружает пара загадочных структур, словно гигантские...

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...

Открыт новый тип землетрясений

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

Землетрясение впервые удалось зафиксировать с воздушного шара. Эта технология пригодится венерианским зондам

©NASA, JPL / Автор: Анастасия Кожевникова Серию экспериментов специалисты JPL провели еще в 2019 году, но обработка их...

В Антарктиде обнаружили следы падения метеорита 430 тысяч лет назад

Метеорит над Антарктидой в представлении художника / © Flickr / Автор: Ирина Мельникова Мелкие метеориты, стремящиеся к Земле,...