|
Загадочные детали глубоко в недрах Земли
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное Кембриджским университетом, впервые сделало подробное изображение необычного кармана горных пород на границе слоя с ядром Земли, примерно в трех тысячах километров под поверхностью. Загадочная скальная область, расположенная почти прямо под Гавайскими островами, является одной из нескольких зон сверхнизких скоростей, названных так потому, что волны землетрясений при прохождении через них замедляются. Исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications, впервые подробно раскрывает сложную внутреннюю изменчивость одного из этих карманов, проливая свет на ландшафт недр Земли и процессы, происходящие в нем.
|
|
|
|
«Из всех глубинных недр Земли эти самые увлекательные и сложные. Теперь у нас есть первые убедительные доказательства, показывающие их внутреннюю структуру — это настоящая веха в сейсмологии глубин», — сказал ведущий автор Чжи Ли, доктор философии. . студент Кембриджского факультета наук о Земле. Внутренняя часть Земли многослойна, как луковица: в центре находится железо-никелевое ядро, окруженное толстым слоем, известным как мантия, а поверх него тонкая внешняя оболочка — кора, на которой мы живем. Хотя мантия состоит из твердой породы, она достаточно горячая, чтобы течь очень медленно. Эти внутренние конвекционные потоки передают тепло на поверхность, вызывая движение тектонических плит и вызывая извержения вулканов.
|
|
|
Ученые используют сейсмические волны от землетрясений, чтобы заглянуть под земную поверхность — эхо и тени этих волн выявляют радарные изображения топографии глубинных недр. Но до недавнего времени изображения структур на границе ядра и мантии, области, представляющей ключевой интерес для изучения внутреннего теплового потока нашей планеты, были зернистыми и трудными для интерпретации. Исследователи использовали новейшие методы численного моделирования, чтобы выявить структуры километрового масштаба на границе ядра и мантии. По словам соавтора, доктора Куангдай Ленга, разработавшего эти методы в Оксфордском университете: «Мы действительно расширяем границы современных высокопроизводительных вычислений для эластодинамического моделирования, используя преимущества волновой симметрии, которые раньше не замечались или не использовались». Ленг, который в настоящее время работает в Совете по науке и технологиям, сказал, что это означает, что они могут улучшить разрешение изображений на порядок по сравнению с предыдущей работой.
|
|
|
|
Они наблюдали 40-процентное снижение скорости сейсмических волн, распространяющихся у основания зоны сверхнизких скоростей под Гавайями. По мнению авторов, это подтверждает существующие предположения о том, что в этой зоне содержится гораздо больше железа, чем в окружающих породах, а это означает, что она более плотная и более неповоротливая. «Вполне возможно, что этот богатый железом материал является остатком древних горных пород из ранней истории Земли или даже что железо может просачиваться из ядра неизвестным образом», — сказала руководитель проекта доктор Санне Коттаар из Кембриджского университета наук о Земле.
|
|
|
|
Новое исследование также может помочь ученым понять, что находится под ними и дает начало вулканическим цепям, таким как Гавайские острова. Ученые начали замечать корреляцию между расположением вулканов с описательно названными горячими точками, которые включают Гавайи и Исландию, и зонами сверхнизких скоростей в основании мантии. Происхождение точечных вулканов широко обсуждается, но наиболее популярная теория предполагает, что плюмообразные структуры переносят горячий мантийный материал от границы ядра и мантии к поверхности.
|
|
|
|
Имея изображения зоны сверхнизких скоростей под Гавайями, команда может также собрать редкие физические доказательства того, что, вероятно, является корнем шлейфа, питающего Гавайи. Их наблюдения за плотными, богатыми железом породами под Гавайями подтверждают наблюдения на поверхности: «Базальты, извергающиеся на Гавайях, имеют аномальные изотопные сигнатуры, которые могут указывать либо на раннее земное происхождение, либо на утечку ядра, это означает, что часть этого плотного материала накапливалась на базу надо вытащить на поверхность, — сказал Коттаар. Теперь необходимо отобразить больше границы ядра и мантии, чтобы понять, есть ли у всех горячих точек на поверхности карман из плотного материала в основании. Где и как можно определить границу между ядром и мантией, зависит от того, где происходят землетрясения и где установлены сейсмометры для регистрации волн.
|
|
|
|
Наблюдения команды дополняют растущее количество доказательств того, что недра Земли так же изменчивы, как и ее поверхность. «Эти зоны низких скоростей — одна из самых сложных особенностей, которые мы видим на экстремальных глубинах. Если мы расширим наши поиски, мы, вероятно, увидим постоянно растущие уровни сложности, как структурные, так и химические, на границе ядра и мантии», — сказал Ли. . Теперь они планируют применить свои методы для повышения разрешения изображений других карманов на границе ядра и мантии, а также для картирования новых зон. В конце концов они надеются составить карту геологического ландшафта на границе ядра и мантии и понять его связь с динамикой и эволюционной историей нашей планеты.
|
|
|
|
Источник
|
