|
Затонувшие миры под Тихим океаном
|
|
|
|
Геофизики из ETH Zurich используют модели нижней мантии для определения областей, где сейсмические волны ведут себя иначе, чем предполагалось ранее. Это указывает на наличие зон горных пород, которые холоднее или имеют другой состав, чем окружающие породы. Это открытие бросает вызов нашему нынешнему пониманию тектоники плит Земли и представляет для исследователей большую загадку.
|
|
|
|
Никто не может заглянуть внутрь Земли. Кроме того, никто не может пробурить скважину достаточно глубоко, чтобы взять образцы горных пород из мантии, слоя между ядром Земли и самым внешним, жестким слоем, литосферой, или измерить там температуру и давление. Вот почему геофизики используют косвенные методы, чтобы увидеть, что происходит глубоко под нашими ногами.
|
|
|
|
Например, они используют сейсмограммы, или записи землетрясений, для определения скорости распространения сейсмических волн. Затем они используют эту информацию для расчета внутренней структуры Земли. Это очень похоже на то, как врачи используют ультразвук для получения изображения органов, мышц или вен внутри тела, не вскрывая их.
|
|
|
|
Вот как это работает: когда Земля содрогается, сейсмические волны распространяются от эпицентра во всех направлениях. На своем пути через Землю они преломляются, дифрагируют или отражаются. Скорость, с которой распространяются волны, зависит от типа волны, а также от плотности и эластичности материала, через который проходят волны. Сейсмографические станции регистрируют эти различные волны, и на основе этих записей геофизики могут делать выводы о структуре и составе Земли и изучать процессы, происходящие внутри нее.
|
|
|
|
|
|
|
Используя сейсмические записи, ученые-геологи определили положение подводных тектонических плит по всей мантии Земли. Они всегда находили их там, где и ожидали: в области, известной как зоны субдукции, где встречаются две плиты, и одна из них погружается под другую в недра Земли. Это помогло ученым исследовать тектонический цикл плит, то есть возникновение и разрушение плит на поверхности Земли, на протяжении всей истории нашей планеты.
|
|
|
|
Остатки плит там, где их быть не должно.
|
|
|
|
Однако теперь команда геофизиков из ETH Zurich и Калифорнийского технологического института сделала удивительное открытие: используя новую модель с высоким разрешением, они обнаружили новые области в недрах Земли, которые выглядят как остатки затопленных плит.
|
|
|
|
Однако они расположены не там, где ожидалось; вместо этого они находятся под большими океанами или внутри континентов — вдали от границ плит. Геологических свидетельств прошлой субдукции там также нет. Это исследование было недавно опубликовано в журнале Scientific Reports.
|
|
|
|
Новым в их подходе к моделированию является то, что исследователи ETH используют для изучения структуры недр Земли не только один тип сейсмической волны, но и все вместе. Эксперты называют эту процедуру полной инверсией формы волны. Это делает модель очень трудоемкой с точки зрения вычислений, поэтому исследователи использовали суперкомпьютер Piz Daint в CSCS в Лугано. Существует ли затерянный мир под Тихим океаном?
|
|
|
|
"По-видимому, такие зоны в мантии Земли распространены гораздо шире, чем считалось ранее", - говорит Томас Шоутен, первый автор и докторант Геологического института ETH Цюриха.
|
|
|
|
Одна из недавно обнаруженных зон находится под западной частью Тихого океана. Однако, согласно современным теориям и знаниям о тектонике плит, там не должно быть материала от субдуцированных плит, потому что невозможно, чтобы в недавней геологической истории поблизости были зоны субдукции.
|
|
|
|
Исследователи не знают наверняка, какой материал используется вместо этого, и что это будет означать для внутренней динамики Земли. "Это наша дилемма. С помощью новой модели с высоким разрешением мы можем видеть такие аномалии повсюду в мантии Земли. Но мы точно не знаем, что это такое и из какого материала создаются обнаруженные нами узоры".
|
|
|
|
"Это похоже на врача, который десятилетиями исследует кровообращение с помощью ультразвука и находит артерии именно там, где он ожидает их найти", - говорит профессор ETH Андреас Фихтнер. "Затем, если вы дадите ему новый, более совершенный инструмент для обследования, он внезапно увидит в ягодице артерию, которой на самом деле там нет. Именно так мы относимся к новым результатам", - объясняет волновой физик. Он разработал модель в своей группе и написал код.
|
|
|
|
Извлечение дополнительной информации из волн
|
|
|
|
Пока исследователи могут только строить предположения. "Мы считаем, что аномалии в нижней мантии имеют различное происхождение", - говорит Схоутен. Он считает, что, возможно, это не просто холодный пластинчатый материал, который подвергся субдукции за последние 200 миллионов лет, как предполагалось ранее.
|
|
|
|
"Это может быть либо древний, богатый кремнеземом материал, который находился там с момента образования мантии около 4 миллиардов лет назад и сохранился, несмотря на конвективные движения в мантии, либо зоны, где богатые железом породы накапливаются в результате этих движений мантии на протяжении миллиардов лет", - отмечает он.
|
|
|
|
Для докторанта это означает, прежде всего, что необходимы дополнительные исследования с использованием еще более совершенных моделей, чтобы увидеть больше деталей о недрах Земли.
|
|
|
|
"Волны, которые мы используем для моделирования, по сути, отражают только одно свойство, а именно скорость, с которой они распространяются внутри Земли", - говорит ученый-землевед. Однако это не дает должного представления о сложном внутреннем устройстве Земли.
|
|
|
|
"Мы должны рассчитать различные параметры материала, которые могли бы генерировать наблюдаемые скорости различных типов волн. По сути, мы должны глубже изучить свойства материала, стоящие за скоростью волны", - говорит Схоутен.
|
|
|
|
Источник
|
