Geofizikai atrado ryšį tarp seisminių bangų, vadinamų PKP pirmtakais, ir Žemės mantijos anomalijų.

Naujas tyrimas atskleidžia, kad ankstesni PKP seisminiai signalai, kurie daugelį metų glumino mokslininkus, yra kilę iš itin mažo greičio regionų, esančių giliai Šiaurės Amerikoje ir vakarinėje Ramiojo vandenyno dalyje. Šios Jutos universiteto mokslininkų išvados sieja šiuos regionus su svarbiomis geologinėmis savybėmis, tokiomis kaip karšti ugnikalniai, naudojant pažangias seismines technologijas, siekiant atsekti jų kilmę iki šerdies ir mantijos ribos.

Įvadas į PKP ir seisminius galvosūkius

Per dešimtmečius nuo jų atradimo seisminiai signalai, žinomi kaip PKP pirmtakai, buvo iššūkis mokslininkams. Žemės apatinės mantijos sritys išsklaido ateinančias seismines bangas, kurios skirtingais greičiais grįžta į paviršių PKP bangų pavidalu.

Ankstesnių signalų, atkeliavusių prieš pagrindines seismines bangas, sklindančias per Žemės branduolį, kilmė liko neaiški, tačiau Jutos universiteto geofizikų vadovaujami tyrimai atskleidė naują šios paslaptingos seisminės energijos šviesą.

Remiantis rugpjūčio 10 d. paskelbtais tyrimais, PKP protėviai išplito iš giliai po Šiaurės Amerika ir vakarine Ramiojo vandenyno dalimi ir gali būti siejami su „ypatingomis mažo greičio zonomis“, plonais mantijos sluoksniais, kur seisminės bangos smarkiai sulėtėja. in AGU pažangapavyzdinis Amerikos geofizikos sąjungos žurnalas.

PKP protėvių susiejimas su geologinėmis savybėmis

„Tai yra keletas ekstremaliausių kada nors atrastų planetoje savybių, – sakė pagrindinis autorius Michaelas Thorne'as, Jutos universiteto geologijos ir geofizikos docentas Atrodo, kad jie kaupiasi po karštais ugnikalniais.

Šios plunksnos yra atsakingos už vulkaninį aktyvumą, stebimą Jeloustouno nacionaliniame parke, Havajų salose, Samoa, Islandijoje ir Galapagų salose.

„Atrodo, kad šie labai dideli ugnikalniai stovėjo šimtus milijonų metų maždaug toje pačioje vietoje“, – sakė Thorne'as. Ankstesniame darbe jis taip pat atrado vieną didžiausių žinomų itin mažo greičio regionų pasaulyje.

„Teritorija yra tiesiai po Samoa sala, o Samoa yra vienas didžiausių karštų ugnikalnių”, – pažymėjo Thorne'as.

Seisminių bangų analizės raida

Beveik šimtmetį geologai naudojo seismines bangas tyrinėdami Žemės vidų ir padarė daug atradimų, kurių kitaip nebūtų buvę. Pavyzdžiui, kiti Jutos universiteto mokslininkai apibūdino kieto vidinės Žemės šerdies struktūrą ir stebėjo jos judėjimą analizuodami seismines bangas.

Žemės drebėjimui sukrėtus Žemės paviršių, seisminės bangos prasiskverbia pro mantiją – dinamišką 2900 kilometrų storio karštų uolienų sluoksnį tarp Žemės plutos ir mineralinės šerdies. Thorne'o komanda domisi tomis bangomis, kurios „išsisklaido“, kai praeina per netaisyklingus bruožus, kurie verčia keisti fizinę mantijos sudėtį. Kai kurios iš šių išsklaidytų bangų tampa PKP pirmtakais.

Thorne'as siekė tiksliai nustatyti, kur vyksta šis sklaidymas, ypač todėl, kad bangos per Žemės mantiją sklinda du kartus – prieš ir po to, kai praeina per skystą išorinę Žemės šerdį. Dėl šios dvigubos kelionės per mantiją tapo beveik neįmanoma atskirti, ar ankstesnės bangos kilo iš spindulio kelio šaltinio ar imtuvo pusės.

Inovatyvūs seismologijos tyrimų metodai

Thorne'o komanda, kurioje dalyvavo mokslinio tyrimo asistentas profesorius Surya Patchai, sukūrė bangų formų modeliavimo metodą, kad atskleistų esminius efektus, kurie anksčiau nebuvo pastebėti.

Naudodami pažangų žemės drebėjimų ansamblio metodą ir naujus teorinius stebėjimus iš žemės drebėjimų modeliavimo, mokslininkai sugebėjo išanalizuoti duomenis apie 58 žemės drebėjimus, įvykusius aplink Naująją Gvinėją ir užfiksuotus Šiaurės Amerikoje po to, kai jie praėjo per planetą.

„Galiu įdėti virtualius imtuvus bet kurioje Žemės paviršiaus vietoje, ir tai man parodo, kaip turėtų atrodyti toje vietoje įvykusio žemės drebėjimo seismograma, ir mes galime tai palyginti su tikrais mūsų turimais įrašais“, – sakė Thorne'as. „Dabar galime numatyti, iš kur ateina ši energija.

Jų naujasis metodas leido jiems nustatyti, kur išsibarstė išilgai ribos tarp skystojo metalo išorinės šerdies ir mantijos, vadinamos šerdies ir mantijos riba, kuri yra 2900 kilometrų žemiau Žemės paviršiaus.

Šerdies ir mantijos sąveika ir labai žemai esančios uolienos

Jų išvados rodo, kad PKP protėviai galėjo būti kilę iš regionų, kuriuose gyvena itin mažo greičio regionai. Thorne'as įtaria, kad šie sluoksniai, kurių storis yra tik 20–40 kilometrų, susidaro ten, kur subduktyvios tektoninės plokštės susiduria su riba tarp šerdies ir mantijos vandenyno plutoje.

„Dabar mes nustatėme, kad šie labai mažo greičio regionai yra ne tik po karštaisiais taškais. Jie yra pasklidę visoje šerdies ir mantijos riboje po Šiaurės Amerika”, – sakė Thorne'as. „Tikrai atrodo, kad šie labai mažo greičio regionai yra aktyviai generuojami. Mes nežinome, kaip. Bet kadangi matome juos netoli subdukcijos, manome, kad jie jau yra atmosferoje.” Vidurio vandenyno bazaltas „Ši medžiaga išsilydo, ir taip ji susidaro. Tada dinamika stumia šią medžiagą per žemę ir galiausiai ji kaupsis po karštomis vietomis.”

Dinamika stumia šiuos objektus visoje Žemėje ir galiausiai jie susikaups prie didelių mažo greičio provincijų ribų, kurios, pasak Thorne'o, yra kompoziciškai skirtingos žemyninės ypatybės po Ramiuoju vandenynu ir Afrika.

„Jis taip pat gali kauptis karštuosiuose taškuose, tačiau neaišku, ar šios labai mažos emisijos zonos susidaro dėl to paties proceso“, – sakė jis. Teks palaukti būsimų tyrimų, kad nustatytų tokio proceso pasekmes.

Nuoroda: „Ypatingai mažo greičio regionų, kaip PKP sklaidos šaltinio po Šiaurės Amerika ir Ramiojo vandenyno vakarinėje dalyje, tyrimas: galimos sąsajos su vandenyno plutos paleidimu“, Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward ir Sebastian Rust, 10 2024 m. rugpjūčio mėn. AGU pažanga.
DOI: 10.1029/2024AV001265

Tyrimas, kurį finansavo Nacionalinis mokslo fondas, buvo atliktas bendradarbiaujant su geologais iš Arizonos valstijos universiteto ir Lidso universiteto Jungtinėje Karalystėje.