Геофизики обнаружили связь между сейсмическими волнами, называемыми предвестниками ПКП, и странными аномалиями в мантии Земли

На протяжении десятилетий после своего открытия сейсмические сигналы, известные как предвестники ПКП, не давали покоя ученым. Области нижней мантии Земли рассеивают входящие сейсмические волны, которые возвращаются на поверхность в виде волн ПКП с разной скоростью.

Происхождение сигналов-предвестников, которые приходят раньше основных сейсмических волн, проходящих через ядро Земли, оставалось неясным, но исследование, проведенное геофизиками Университета Юты, проливает новый свет на эту загадочную сейсмическую энергию.

Предвестники ПКП, по-видимому, распространяются из мест, расположенных глубоко под Северной Америкой и западной частью Тихого океана, и, возможно, связаны с \"зонами сверхнизких скоростей\" - тонкими слоями в мантии, где сейсмические волны значительно замедляются, говорится в исследовании, опубликованном в AGU Advances.

\"Это одни из самых экстремальных особенностей, обнаруженных на планете. Мы толком не знаем, что они собой представляют\", - говорит ведущий автор исследования Майкл Торн, доцент кафедры геологии и геофизики Университета. \"Но мы знаем одно: они, похоже, накапливаются под горячими вулканами. Похоже, что они могут быть корнем целых мантийных плюмов, порождающих вулканы в горячих точках\".

Эти плюмы ответственны за вулканизм, наблюдаемый в Йеллоустоуне, на Гавайских островах, Самоа, Исландии и Галапагосских островах.

\"Эти очень, очень большие вулканы, похоже, сохраняются в течение сотен миллионов лет примерно в одном и том же месте\", - говорит Торн. В ходе предыдущей работы он также обнаружил одну из крупнейших в мире известных зон сверхнизких скоростей.

\"Она находится прямо под Самоа, а Самоа - один из крупнейших горячих вулканов\", - отметил Торн.

Почти столетие ученые-геологи используют сейсмические волны для исследования земных недр, что привело к многочисленным открытиям, которые иначе были бы невозможны. Например, другие исследователи из Университета охарактеризовали структуру твердого внутреннего ядра Земли и проследили его движение, анализируя сейсмические волны.

Когда землетрясение сотрясает поверхность Земли, сейсмические волны проходят через мантию - динамический слой горячей породы толщиной 2 900 километров между земной корой и металлическим ядром. Команду Торна интересуют те из них, которые \"рассеиваются\" при прохождении через неровности, свидетельствующие об изменении состава материала в мантии. Некоторые из этих рассеянных волн становятся предшественниками ПКП.

Торн стремился определить, где именно происходит это рассеяние, тем более что волны проходят через мантию Земли дважды, то есть до и после прохождения через жидкое внешнее ядро Земли. Из-за этого двойного путешествия через мантию было практически невозможно определить, откуда исходят предшественники - со стороны источника или со стороны приемника лучей.

Команда Торна, в которую входит доцент-исследователь Сурия Пачхай, разработала способ моделирования форм волн для обнаружения важнейших эффектов, которые ранее оставались незамеченными.

Используя передовой метод сейсмических массивов и новые теоретические наблюдения, полученные при моделировании землетрясений, исследователи проанализировали данные 58 землетрясений, которые произошли в районе Новой Гвинеи и были зарегистрированы в Северной Америке после прохождения через планету.

\"Я могу разместить виртуальные приемники в любом месте на поверхности Земли, и это подскажет мне, как должна выглядеть сейсмограмма от землетрясения в этом месте. И мы можем сравнить ее с реальными записями, которые у нас есть\", - говорит Торн. \"Теперь мы можем проецировать, откуда исходит эта энергия\".

Новый метод позволил им точно определить, где происходит рассеяние вдоль границы между жидким металлическим внешним ядром и мантией, известной как граница ядра и мантии, расположенной на глубине 2 900 километров под поверхностью Земли.

Результаты исследования указывают на то, что предшественники ПКП, скорее всего, происходят из регионов, в которых находятся зоны сверхнизких скоростей. Торн предполагает, что эти слои толщиной всего 20-40 километров образуются там, где субдуцированные тектонические плиты наталкиваются на границу ядра и мантии в океанической коре.

\"Теперь мы обнаружили, что эти зоны сверхнизких скоростей существуют не только под горячими точками. Они разбросаны по всей границе ядра и мантии под Северной Америкой\", - говорит Торн. \"Похоже, что эти ULVZ активно генерируются. Мы не знаем, как. Но поскольку мы наблюдаем их вблизи субдукции, мы думаем, что базальты срединно-океанических хребтов расплавляются, и именно так они образуются. А затем динамика перемещает их по всей Земле, и в конечном итоге они накапливаются под горячими точками\".

По словам Торна, динамика толкает эти вещи по всей Земле, и в конечном счете они будут скапливаться у границ Больших низкоскоростных провинций, которые по своему составу являются отличительными особенностями континентального масштаба под Тихим океаном и Африкой.

\"Они могут также накапливаться под горячими точками, но пока неясно, образуются ли эти ULVZ в результате одного и того же процесса\", - сказал он. Для определения последствий такого процесса придется подождать будущих исследований\".