Учените „виждат“ озадачаващи характеристики вътре в Земята

Енигматичната скалиста зона, разположена почти непосредствено под Хавайските острови, е една от няколкото зони с ултра ниска скорост – наречена така, защото сеизмичните вълни се забавят, докато преминават през тях.

Изследването, публикувано в Nature Communications, е първото, което разкрива в детайли сложната вътрешна променливост на един от тези джобове, хвърляйки светлина върху пейзажа на дълбоките вътрешности на Земята и процесите, протичащи там.

„От всички дълбоки вътрешни елементи на Земята, тези са най-завладяващите и сложни. Сега имаме първото солидно доказателство, което показва тяхната вътрешна структура – ​​това е истински крайъгълен камък в дълбоката земна сеизмология“, каза водещият автор Джи Ли, докторант в катедрата по науки за Земята в Кеймбридж.

Вътрешността на Земята е наслоена като лук: в центъра е желязно-никеловата сърцевина, заобиколена от дебел слой, известен като мантия, а над него тънка външна обвивка – кората, върху която живеем. Въпреки че мантията е направена от твърда скала, тя е достатъчно гореща, за да тече изключително бавно. Тези вътрешни конвективни потоци предават топлина към повърхността, задвижвайки движението на тектоничните плочи и подхранвайки вулканични изригвания.

Учените използват сеизмични вълни от земетресения, за да “видят” под земната повърхност – ехото и сенките от тези вълни разкриват подобни на радар изображения на дълбока вътрешна топография. Но доскоро „изображенията“ на структури на границата на ядрото и мантията, ключова област от интерес за изучаване на вътрешния топлинен поток на нашата планета, бяха зърнести и трудни за интерпретиране.

Изследователите са използвали най-новите методи за числено моделиране, за да разкрият километрични структури на границата на ядрото и мантията. Според съавтора д-р Куангдай Ленг, който разработи методите в Оксфордския университет, „Ние наистина раздвижваме границите на съвременните високопроизводителни изчисления за еластодинамични симулации, като се възползваме от незабелязаните вълнови симетрии или неизползвани преди това“. Ленг, който в момента е базиран в Съвета за научни и технологични съоръжения, казва, че това означава, че те могат да подобрят разделителната способност на изображението с порядък в сравнение с предишната работа.

Изследователите наблюдават 40% намаление на скоростта на сеизмичните вълни, пътуващи в основата на зоната с много ниска скорост под Хаваите. Това потвърждава съществуващите предложения, че районът съдържа много повече желязо от околните скали, което означава, че е по-плътен и по-бавен. „Възможно е този богат на желязо материал да е остатък от древни скали от ранната история на Земята или дори желязото да изтича от ядрото по някакъв неизвестен начин“, каза д-р Сан Котаар, ръководител на проекта за науки за Земята в Кеймбридж.

Изследването може също да помогне на учените да разберат какво се крие отдолу и поражда вулканични вериги като Хавайските острови. Учените започнаха да забелязват корелация между местоположението на описателно наречени горещи вулкани, които включват Хавай и Исландия, и области с много ниска скорост в основата на мантията. Произходът на горещите вулкани се обсъжда, но най-популярната теория предполага, че подобни на струйни структури транспортират горещи материали на мантия от границата на ядрото и мантията до повърхността.

С изображения на зоната с ултра ниска скорост под Хаваите сега в ръка, екипът може също да събере редки физически доказателства за това, което вероятно е коренът на струята, хранеща Хаваите. Тяхното наблюдение на плътни, богати на желязо скали под Хаваите би подкрепило повърхностните наблюдения. „Изригващите хавайски базалти имат аномални изотопни сигнатури, които биха могли да показват или ранен земен произход, или изтичане на ядрото, което означава, че част от този плътен натрупан материал трябва да бъде извлечен на повърхността“, каза Котаар.

Повече от границата на ядрото и мантията сега трябва да се изобрази, за да се разбере дали всички повърхностни горещи точки имат джоб от плътен материал в основата. Къде и как може да бъде насочена границата на ядрото и мантията зависи от това къде се появяват земетресения и къде са настроени сеизмометри за записване на вълни.

Наблюденията на екипа добавят към нарастващия брой доказателства, че дълбоката вътрешност на Земята е също толкова променлива, колкото нейната повърхност. „Тези зони с ниска скорост са една от най-сложните характеристики, които виждаме на екстремни дълбочини – ако разширим търсенето си, вероятно ще видим постоянно нарастващи нива на сложност, както структурна, така и химическа, на границата на ядрото. -coat, “ каза Ли.

Сега те планират да приложат своите техники за подобряване на разделителната способност на изображения на други джобове на границата на ядрото и мантията, както и за картографиране на нови области. В крайна сметка те се надяват да картографират геоложкия пейзаж през границата на ядрото и мантията и да разберат връзката му с динамиката и еволюционната история на нашата планета.

справка:

Джи Ли, Куангдай Ленг, Дженифър Дженкинс, Сан Котаар. “Километрична структура на границата на ядрото и мантията близо до Хавай.” Nature Communications (2022), DOI: 10.1038/s41467-022-30502-5

Add Comment