Ученые уже знали, что зоны сверхнизких скоростей (ЗСМС ) находятся вблизи горячих точек — областей мантии, где раскаленная порода движется вверх, образуя цепи вулканических островов, таких как Гавайи. Но загадочные волны землетрясений указывают на то, что эти особенности могут быть широко распространены.
УЛВЗ, расположенные в нижней мантии вблизи границы между ядром и мантией, могут замедлять сейсмические волны на 50 %. Это поразительно, говорит Майкл Торн, геолог и геофизик из Университета Юты.
«Это одна из самых экстремальных особенностей, которые мы видим где-либо внутри планеты», — сказал Торн в интервью Live Science. «И мы не знаем, что это такое, откуда они берутся, из чего состоят и какую роль играют внутри Земли».
Торн не думал об ULVZs, когда начал новое исследование, опубликованное 10 августа в журнале AGU Advances. Вместо этого он был заинтригован другой загадкой мантии. Очень сильные землетрясения, подобные тем, что происходят в зонах субдукции, где одна тектоническая плита проседает под другую, высвобождают мощные волны. Некоторые из этих так называемых волн ПКП проходят через мантию, жидкое внешнее ядро, а затем снова через мантию на пути к противоположной стороне планеты, где они возникли. Этим волнам иногда предшествует другой странный тип волны, называемый волной-предвестником ПКП.
Волны-предвестники PKP приходят до основной волны, рассеиваясь от загадочных особенностей в нижней мантии Земли. Чтобы определить эти особенности, Торн и его коллеги смоделировали волны ПКП, проходящие через компьютерную модель мантии Земли, в которую были добавлены области, изменяющие скорость волн. Они обнаружили предсказуемые закономерности в изменении скорости волн ПКП.
Поэтому команда занялась поиском подобных закономерностей в реальных данных о землетрясениях. Исследователи использовали данные 58 глубоких землетрясений с магнитудой более 5,8 в районе Новой Гвинеи, произошедших в период с 2008 по 2022 год. Волны от этих землетрясений прошли через ядро и достигли Северной Америки, где их зафиксировал EarthScope — проект, в рамках которого в период с 2003 по 2018 год на территории США были установлены портативные сейсмические мониторы.
Полученные данные свидетельствуют о том, что что-то резко замедляет волны землетрясения, рассеивая их энергию, говорит Торн. Двумя вероятными кандидатами были долины и хребты вдоль границы ядра и мантии, через которые проходили волны, или ULVZs. Считается, что граница ядра и мантии в западной части Тихого океана, где прошли волны, является гладкой. Но предыдущие исследования обнаружили крупную УЛВЗ под западной частью Тихого океана, к востоку от Филиппин, перекрывающую изучаемую область.
Кроме того, исследователи обнаружили признаки УЛВЗ и в других местах. Исследование показало, что под Северной Америкой находятся небольшие участки, которые, по-видимому, больше УЛВЗ. По словам Торна, другие исследования обнаружили признаки УЛВЗ под Северной Африкой, Восточной Азией, Папуа-Новой Гвинеей и Тихоокеанским Северо-Западом.
Некоторые исследователи предполагают, что УЛВЗ могут быть остатками гигантских импакторов, возникших на ранней стадии метеоритной бомбардировки Земли. Однако, по словам Торна, если УЛВЗ широко распространены, это говорит о том, что они активно генерируются и сегодня. Он подозревает, что эти зоны могут быть областями вулканической породы базальт, образовавшейся на срединно-океанических хребтах, где морское дно раздвигается. Когда этот срединно-океанический базальт в результате субдукции попадает в мантию, он легко плавится и может образовывать карманы, где сейсмические волны замедляются. Затем эти карманы могут быть протолкнуты в мантию другими плитами субдуцирующей коры, которые проникают в недра Земли, как палочки для размешивания в коктейле.
Более глубокое понимание этих УЛВЗ может улучшить понимание геологами вулканических очагов, а также того, как движется мантия.
«Есть много открытых вопросов, на которые у нас пока нет ответов», — говорит Торн.
