Озадачаващи характеристики дълбоко във вътрешността на Земята, осветени от изображения с висока разделителна способност


земя

Кредит: CC0 Public Domain

Ново изследване, ръководено от университета в Кеймбридж, е първото, което прави детайлно изображение на необичаен скален джоб в граничния слой със земното ядро, на около три хиляди километра под повърхността.

Енигматичната зона на скалата, която се намира почти непосредствено под Хавайските острови, е една от няколкото зони с ултра ниска скорост – т.нар. земетръсни вълни бавно до пълзене, докато минават през тях.

Изследването, публикувано днес в Природни комуникациие първият, който разкрива сложната вътрешна променливост на един от тези джобове в детайли, хвърляйки светлина върху пейзажа на дълбоките вътрешности на Земята и процесите, протичащи в него.

„От всички дълбоки вътрешни характеристики на Земята, тези са най-завладяващите и сложни. Сега имаме първото солидно доказателство, което показва вътрешната им структура – ​​това е истински крайъгълен камък в дълбоката земна сеизмология“, каза водещият автор Джи Ли, д.т.н. . студент в катедрата по науки за Земята в Кеймбридж.

Вътрешността на Земята е наслоена като лук: в центъра е желязно-никеловото ядро, заобиколено от дебел слой, известен като мантия, а отгоре – тънка външна обвивка – кората, върху която живеем. Въпреки че мантията е твърда скала, то е достатъчно горещо, за да тече изключително бавно. Тези вътрешни конвективни потоци подават топлина към повърхностзадвижва движението на тектоничните плочи и подхранва вулканичните изригвания.

Учените използват сеизмични вълни от земетресения, за да видят под земната повърхност – ехото и сенките на тези вълни разкриват подобни на радар изображения на дълбока вътрешна топография. Но доскоро изображенията на структурите на границата на ядрото и мантията, област от ключов интерес за изследване на вътрешния топлинен поток на нашата планета, бяха зърнести и трудни за интерпретиране.

Изследователите са използвали най-новите методи за числено моделиране, за да разкрият структури в километров мащаб на границата на ядрото и мантията. Според съавтора д-р Куангдай Ленг, който разработи методите по време на университета в Оксфорд, „Ние наистина натискаме границите на съвременните високопроизводителни изчисления за еластодинамични симулации, като се възползваме от незабелязаните или неизползвани досега вълнови симетрии“. Ленг, който в момента е базиран в Съвета за научни и технологични съоръжения, каза, че това означава, че те могат да подобрят разделителната способност на изображенията с порядък в сравнение с предишната работа.

Те наблюдават 40% намаление на скоростта на сеизмичните вълни, които се движат в основата на зоната с ултра ниска скорост под Хаваите. Според авторите това подкрепя съществуващите предложения, че зоната съдържа много повече желязо от околните скали, което означава, че е по-плътна и по-бавна. „Възможно е този богат на желязо материал да е остатък от древни скали от ранната история на Земята или дори желязото да изтича от ядрото по неизвестен начин“, каза ръководителят на проекта д-р Сан Котаар от Cambridge Earth Sciences.

Новото изследване може също да помогне на учените да разберат какво седи отдолу и поражда вулканични вериги като Хавайските острови. Учените започнаха да забелязват корелация между местоположението на описателно наречените горещи вулкани, които включват Хавай и Исландия, и зоните с ултра ниска скорост в основата на мантията. Произходът на вулканите с горещи точки е широко обсъждан, но най-популярната теория предполага, че подобни на струйни структури донасят горещ мантиен материал по целия път от границата на ядрото и мантията до повърхността.

С изображения на зоната с ултра ниска скорост под Хаваите сега в ръка, екипът може също да събере редки физически доказателства от това, което вероятно е коренът на струята, хранеща Хавай. Тяхното наблюдение на гъста, богата на желязо скала под Хаваите би подкрепила повърхностните наблюдения: „Базалтите, изригващи от Хаваите, имат аномални изотопни сигнатури, които биха могли да сочат или към ранен произход на Земята, или изтичане на ядро, това означава, че част от този плътен материал е натрупан в основата трябва да бъде извлечена на повърхността”, каза Котаар.

Повече от границата на ядрото и мантията сега трябва да се изобрази, за да се разбере дали всички повърхностни горещи точки имат джоб от плътен материал в основата. Къде и как може да бъде насочена границата на ядрото и мантията зависи от това къде се случват земетресенията и къде са инсталирани сеизмометри за записване на вълните.

Наблюденията на екипа добавят към нарастващия брой доказателства, че дълбоката вътрешност на Земята е също толкова променлива, колкото и повърхността. „Тези зони с ниска скорост са една от най-сложните характеристики, които виждаме на екстремни дълбочини – ако разширим нашето търсене, вероятно ще видим постоянно нарастващи нива на сложност, както структурни, така и химически, на границата на ядрото и мантията“, каза Ли .

Сега те планират да приложат своите техники, за да подобрят разделителната способност на изображенията на други джобове в основата –мантия граница, както и картографиране на нови зони. В крайна сметка те се надяват да картографират геоложкия ландшафт в цялата страна граница ядро-мантия и да разбере връзката му с динамиката и еволюционната история на нашата планета.


Възможни химически остатъци от ранната Земя се намират близо до ядрото


Повече информация:
Структура в километров мащаб на границата между ядрото и мантията близо до Хавай, Природни комуникации (2022 г.). DOI: 10.1038/s41467-022-30502-5

Предоставена от
университет в Кеймбридж


Цитат: Озадачаващи характеристики дълбоко във вътрешността на Земята, осветени от изображения с висока разделителна способност (2022 г., 19 май), извлечени на 20 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-puzzling-features-deep-earth-interior.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.