Древняя тектоника плит деформирует глубокую мантию Земли в глобальном масштабе

Ученые нанесли на карту глубокие области недр Земли, где мантия подвергается деформации. В работе были проанализированы сейсмические волны в глобальном масштабе и выявлены закономерности анизотропии. Результаты показывают, что большая часть этих искажений происходит там, где древние тектонические плиты проваливались в течение миллионов лет.

В ходе исследования было изучено около 75% нижней мантии — слоя, расположенного чуть выше границы с ядром, глубиной примерно 2900 километров. Поперечные волны, генерируемые землетрясениями, движутся с разной скоростью в зависимости от направления и характеристик материала. Это изменение направления, называемое сейсмической анизотропией, служит индикатором деформации мантии.

Анализ огромного массива сейсмических данных

Команда собрала более 16 миллионов сейсмограмм из 24 центров обработки данных по всему миру. Материал включает в себя несколько фаз волн, которые движутся вниз по мантии, через ядро ​​и обратно. Такой подход позволил составить карту распространения деформации на расстояния в сотни километров.

Этот набор представляет собой одну из крупнейших коллекций сейсмических данных, когда-либо собранных. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли возглавили работу в сотрудничестве с другими экспертами. Исследование было опубликовано в журнале The Seismic Record, связанном с Сейсмологическим обществом Америки.

• Данные охватывают почти 75% нижней мантии.
• Анизотропия обнаружена примерно в двух третях проанализированных регионов.
• Более очевидные закономерности в зонах, связанных с древними субдуцированными плитами.
• Анализируемые волны включают фазы, которые взаимодействуют с границей ядро-мантия.
• Общий объем сейсмограмм превышает 16 миллионов записей

Связь с субдуцированными тектоническими плитами

Деформация глубокой мантии в основном сосредоточена в областях, где могли затонуть древние плиты. Геодинамические модели уже предсказали эту взаимосвязь, но новое картирование предлагает первое глобальное представление, основанное на сейсмических наблюдениях.

Нисходящие плиты несут с собой структуры, образовавшиеся, когда они находились ближе к поверхности. Со временем сильная жара и давление могут изменить минералы и создать новую ориентацию материала. Это взаимодействие также толкает и меняет форму мантии вокруг плит.

Джонатан Вольф, ведущий автор и исследователь Калифорнийского университета в Беркли, прокомментировал это открытие. Он отметил, что деформация верхней мантии хорошо объясняется притяжением движущихся плит. Однако в нижней мантии подобного крупномасштабного понимания не было. Исследование движется в этом направлении.

Возможные механизмы анизотропии

Одна из гипотез считает, что плиты сохраняют ископаемую анизотропию своей поверхностной фазы. Другой, считающийся более вероятным, указывает на интенсивную деформацию при погружении и контакте с границей ядро-мантия. Этот процесс модифицирует минералогическую ткань и создает новую анизотропную «структуру».

Не все области без четкого анизотропного сигнала будут свободны от деформации. В некоторых случаях сигнал может быть просто слишком слабым для обнаружения современными методами. Исследователи подчеркивают, что набор данных продолжает оставаться ценным источником для будущих исследований.

Leia Também

McLaren сияет победой Норриса в спринте Гран-при Майами

General Motors интегрирует систему Google Gemini в четыре миллиона автомобилей в США

Производитель GTA VI отказывается от неправомерного ценообразования и фокусируется на воспринимаемой ценности запуска в 2026 году.

Работа не определяет точные направления потоков в нижней мантии, но создает основу для исследований, требующих большего разрешения. Вольф упомянул о желании более детально отобразить глобальные потоки в различных латеральных масштабах.

Значение для понимания недр Земли

Мантия Земли медленно циркулирует посредством конвекционных потоков, связанных с движением тектонических плит. Эти течения не только перемещают плиты на поверхности, но также растягивают и искажают сам материал мантии. Исследование подтверждает давние теории и предлагает данные наблюдений в планетарном масштабе.

Лучшее знание этих процессов помогает понять долгосрочную динамику планеты. Глубокая деформация влияет на термическое и химическое поведение недр Земли на протяжении миллионов лет. Дополнительные исследования с тем же набором данных могут дать больше информации о характере потоков.

В полной статье представлены методологические подробности и карты, созданные на основе анализа. Это усиливает важность глобальных сейсмических баз данных для развития геофизики.

Технические детали сейсморазведки

Команда проанализировала сейсмические волны, которые распространяются на большие расстояния внутри Земли. Изменение скорости в зависимости от направления распространения показывает преимущественное расположение материала мантии. Это свойство возникает в результате деформации, накопленной за геологическое время.

Граница ядра и мантии на глубине около 2900 км представляет собой переходную зону, отмеченную резкими перепадами температуры и давления. Субдуцированные плиты, достигающие этих глубин, взаимодействуют с окружающей средой и способствуют наблюдаемой анизотропии.

• Примерная глубина изученной нижней мантии: 2900 км.
• Покрытие нижней мантии: почти 75%
• Количество проанализированных сейсмограмм: более 16 миллионов.
• Задействованы дата-центры: 24 по всему миру
• Фракция с обнаруженной анизотропией: около двух третей

Ограничения и перспективы на будущее

Авторы подчеркивают, что отсутствие анизотропного сигнала на определенных участках не означает отсутствия деформации. Более чувствительные методы или новые типы данных могут заполнить пробелы в будущем. Более масштабная цель включает в себя картографирование направлений потоков в нижней мантии с большей точностью.

Набор данных представляет собой постоянный ресурс для научного сообщества. Исследователи продолжат исследовать его, чтобы лучше понять мантийную конвекцию и ее связь с тектоникой плит.