AGU Advances: расшифрованы таинственные сигналы-предвестники PKP-волн

На протяжении десятилетий учёные пытались понять природу сейсмических сигналов, которые называют предвестниками PKP-волн. Эти сигналы возникают в нижней мантии Земли и возвращаются на поверхность в виде PKP-волн с разной скоростью.

Раньше было непонятно, откуда берутся эти сигналы. Но новое исследование геофизиков из Университета Юты может помочь разгадать эту загадку.

Предвестники PKP, вероятно, исходят из недр Северной Америки и западной части Тихого океана. Они могут быть связаны с зонами сверхнизких скоростей — участками мантии, где сейсмические волны замедляются. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в журнале AGU Advances.

Ведущий автор исследования Майкл Торн, доцент кафедры геологии и геофизики университета, отмечает:

Мы точно не знаем, что представляют собой эти зоны, но они, похоже, накапливаются под горячими точками вулканов и могут быть корнем мантийных плюмов, порождающих вулканы.

Эти плюмы вызывают вулканизм на Гавайских островах, в Йеллоустоуне, Исландии, Самоа и на Галапагосских островах.

Торн говорит, что эти очень большие вулканы существуют сотни миллионов лет примерно в одном и том же месте. В ходе предыдущей работы он также обнаружил одну из крупнейших в мире зон сверхнизких скоростей. Она находится прямо под Самоа, одним из самых больших вулканов горячей точки.

Уже почти сто лет геологи исследуют земные недра с помощью сейсмических волн. Это позволило сделать множество открытий, которые иначе были бы невозможны. Например, другие учёные из Университета изучили структуру твёрдого внутреннего ядра Земли и проследили его движение, анализируя сейсмические волны.

Когда происходит землетрясение, сейсмические волны проходят через мантию — слой горячей породы между земной корой и ядром. Команда Торна изучает те волны, которые рассеиваются при прохождении через неровности в мантии, указывающие на изменение её состава. Некоторые из этих рассеянных волн становятся предшественниками PKP-волн.

Торн хотел определить, где именно происходит это рассеяние. Волны проходят через мантию дважды: до и после прохождения через жидкое внешнее ядро Земли. Из-за этого двойного путешествия практически невозможно понять, где возникают предшественники — на стороне источника или на стороне приёмника лучей.

Команда Торна, в которую входил доцент Сурья Пачхай, разработала способ моделирования форм волн. Это позволяет обнаруживать важные эффекты, которые раньше оставались незамеченными.

Исследователи проанализировали данные 58 землетрясений, произошедших в районе Новой Гвинеи и зарегистрированных в Северной Америке после прохождения через планету. Они использовали передовой метод сейсмических массивов и новые теоретические наблюдения.

Торн пояснил:

Я могу разместить виртуальные приёмники в любом месте на поверхности Земли. Так я узнаю, как должна выглядеть сейсмограмма от землетрясения в этом месте. Мы можем сравнить её с реальными записями.

Теперь можно прогнозировать, откуда исходит энергия.

Учёные смогли точно определить место, где рассеиваются потоки на границе между внешним жидким металлическим ядром и мантией Земли. Эта граница находится на глубине 2 900 километров под поверхностью.

Результаты исследования говорят о том, что предвестники PKP-волн, скорее всего, происходят из регионов со сверхнизкими скоростями. По мнению Торна, эти слои толщиной 20-40 километров образуются при столкновении субдуцированных тектонических плит с границей ядра и мантии в океанической коре.

Торн говорит, что зоны сверхнизких скоростей существуют не только под горячими точками, но и по всей границе ядро-мантия под Северной Америкой. Вероятно, они образуются из-за расплавления базальтов срединно-океанического хребта вблизи субдукции. Затем динамика разгоняет их по всей Земле, и они накапливаются под горячими точками.

Зоны сверхнизких скоростей есть не только под горячими точками, но и по всей границе ядра и мантии под Северной Америкой. Вероятно, они образуются при расплавлении базальтов срединно-океанического хребта, — утверждает Торн.

Динамика перемещает их по всей Земле. В конечном итоге они будут накапливаться у границ крупных низкоскоростных провинций под Тихим океаном и Африкой.

Возможно также накопление под горячими точками, но пока неясно, связаны ли эти процессы. Определить последствия можно будет в ходе будущих исследований.

19.08.2024