Новые исследования показывают, что таинственные зоны в глубинах мантии, где сейсмические волны замедляются до невероятных размеров, на самом деле могут быть повсюду. Ученые уже знали, что зоны сверхнизкой скорости (ULVZ) зависают вблизи горячих точек — областей мантии, где горячая порода движется вверх, образуя цепи вулканических островов, такие как Гавайи. Но таинственные волны землетрясений предполагают, что эти особенности могут быть широко распространены.
ULVZ, которые расположены в нижней мантии вблизи границы ядро-мантия, могут замедлять сейсмические волны до 50%. Это замечательно, сказал Майкл Торн, геолог и геофизик из Университета Юты.
«Вот одна из самых экстремальных особенностей, которые мы видим где-либо внутри планеты», — сказал Торн. «И мы не знаем, что это такое, откуда они взялись, из чего они сделаны, или какую роль они играют внутри Земли».
Торн не думал о ULVZ, когда начал новое исследование, которое теперь было опубликовано в журнале AGU Advances. Вместо этого его заинтриговала другая загадка мантии. Очень большие землетрясения, подобные тем, что происходят в зонах субдукции , где одна тектоническая плита скользит под другой, высвобождают мощные волны. Некоторые из этих так называемых волн PKP проходят через мантию, жидкое внешнее ядро, а затем снова через мантию на своем пути к противоположной стороне планеты от того места, где они возникли. Этим волнам иногда предшествует другой странный тип волны, называемый предвестником волны PKP.
Предшественники волн PKP приходят до основной волны после рассеивания на загадочных объектах в нижней мантии Земли. Чтобы определить эти объекты, Торн и его коллеги смоделировали волны PKP, проходящие через компьютерную модель мантии Земли, в которую они добавили области, которые изменили скорость волн. Они обнаружили предсказуемые закономерности в том, как волны PKP менялись по скорости.
Поэтому команда искала похожие закономерности в реальных данных о землетрясениях. Исследователи использовали данные 58 глубоких землетрясений магнитудой более 5,8 вблизи Новой Гвинеи, которые произошли в период с 2008 по 2022 год. Волны от этих землетрясений прошли через ядро и достигли Северной Америки, где их зафиксировал EarthScope — проект, который развернул портативные сейсмические мониторы по всей территории США в период с 2003 по 2018 год.
Результаты исследования говорят о том, что что-то резко замедляло волны землетрясений, чтобы рассеять их энергию, сказал Торн. Двумя вероятными кандидатами были долины и хребты вдоль границы ядро-мантия, где распространялись волны, или ULVZ. Граница ядро-мантия под западной частью Тихого океана, где проходили волны, считается гладкой. Но предыдущие исследования обнаружили большую ULVZ под западной частью Тихого океана, к востоку от Филиппин, перекрывающую изучаемую область.
И исследователи также обнаружили сигнатуры ULVZ, когда они искали в других местах. Исследование обнаружило более мелкие участки того, что, по-видимому, является большим количеством ULVZ под Северной Америкой. И другие исследования обнаружили признаки ULVZ под Северной Африкой, Восточной Азией, Папуа-Новой Гвинеей и Тихоокеанским северо-западом, сказал Торн.
Некоторые исследователи предположили, что ULVZ могут быть остатками гигантских ударников с ранней стадии метеоритной бомбардировки Земли. Однако, если ULVZ широко распространены, это говорит о том, что они активно формируются сегодня, сказал Торн. Он подозревает, что эти зоны могут быть областями вулканического базальта, образовавшегося на срединно-океанических хребтах, где морское дно расходится. Когда этот срединно-океанический базальт в конечном итоге втягивается в мантию субдукцией, он легко плавится и может образовывать карманы, где сейсмические волны замедляются. Эти карманы затем могут быть протолкнуты по мантии другими плитами субдуцирующей коры, которые вонзаются в недра Земли, как палочки для помешивания в смузи.
Более глубокое понимание этих ULVZ может улучшить понимание геологами вулканических горячих точек, а также движения мантии.
«Есть много открытых вопросов, на которые у нас пока нет ответов», — сказал Торн.
